УДК 550.832.9:556.34.042
ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ВОДЫ В СКВАЖИНАХ КАМЧАТКИ В ПЕРИОД ОЛЮТОРСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ 20.04.2006 г., = 7.6
© 2010 г. Г. Н. Копылова1, Н. Н. Смолина2
1Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006 2ОАО "Камчатгеология", Петропавловск-Камчатский, 683006 Поступила в редакцию 20.08.2008 г.
В результате воздействия сейсмических волн Олюторского землетрясения, М№ = 7.6, произошедшего 20.04.2006 г. в Корякском нагорье, зарегистрированы изменения уровня воды в пяти скважинах, расположенных в континентальных районах Камчатки на гипоцентральных расстояниях 750—1150 км. Приводится описание эффектов воздействия сейсмических волн, а также выявленных аномалий в изменениях уровня воды в феврале—апреле 2006 г. в период, предшествующий Олюторскому землетрясению. С использованием оригинальной методики обработки данных уровнемерных наблюдений, основанной на изучении барометрического и приливного откликов уровня воды, оценена объемная деформация водовмещающих пород во время развития синхронных вариаций уровня в двух скважинах. Обсуждаются возможные механизмы формирования аномальных изменений уровня воды вследствие упругого деформирования контролируемых резервуаров подземных вод и развития трещинной дилатансии в водовмещающих породах.
ВВЕДЕНИЕ
Уровнемерные наблюдения в пьезометрических скважинах включают синхронную регистрацию вариаций уровня воды и атмосферного давления и традиционно рассматриваются в качестве эффективного способа контроля напряженно-деформированного состояния верхних горизонтов земной коры [2, 4, 12]. Особый интерес к такому виду геофизических наблюдений в сейсмоактивных регионах вызван тем, что в изменениях уровней воды обнаруживаются разнообразные вариации при прохождении сейсмических волн, а также гидрогеодинамиче-ские предвестники перед сильными землетрясениями [2—5, 12]. Вместе с тем, вопрос о возможности количественной оценки деформации водовмещаю-щих пород по данным уровнемерных наблюдений до настоящего времени остается дискуссионным.
20 апреля 2006 г., 23 ч 25 мин иТ в Корякском нагорье произошло коровое землетрясение с маг-нитудой М№ = 7.6 (рис. 1а). Координаты эпицентра составляют 60.98° с.ш., 167.37° в.д., глубина 1 км. Землетрясение вызвало сотрясения интенсивностью до 8—9 баллов (по шкале М8К-64) в населенных пунктах Корякского автономного округа и сопровождалось многочисленными афтершо-ками, четыре из которых имели магнитуду >6 [8].
В эпицентральной зоне Олюторского землетрясения специализированные наблюдения на скважинах не проводились из-за отсутствия наблюдательной сети севернее 56° с.ш. По данным Т.К. Пинегиной и Т. Г. Константиновой, выпол-
нивших обследование эпицентральной зоны [11], и по сообщениям местных жителей землетрясение сопровождалось массовыми сейсмогеологи-ческими явлениями в форме разжижения (тиксо-тропии) и извержения водонасыщенных пород с образованием специфических форм типа "грязевые вулканы". На поверхности образовывались трещины и провалы, из которых происходили выбросы и выдавливание рыхлых водонасыщенных пород. Площади отдельных грязевых выбросов достигали нескольких км2. По сообщениям жителей пос. Таловка, расположенного на расстоянии 120 км от эпицентра, после землетрясения в водопроводную систему из водозаборных скважин длительное время поступала мутная вода. Эти данные указывают на значительное воздействие Олюторского землетрясения на состояние верхних горизонтов подземной гидросферы в эпицен-тральной области.
Рассматриваются вариации уровня воды в скважинах Камчатки (рис. 1, табл. 1) в период Олютор-ского землетрясения с целью оценки эффектов его влияния на режим подземных вод и поиска возможных гидрогеодинамических предвестников. Определенное внимание уделяется выявленным аномальным изменениям уровня воды и возможности количественной оценки деформации водовмещаю-щих пород во время их развития. Для этого используется оригинальная методика, основанная на изучении барометрического и приливного отклика уровня воды в скважинах [6].
• 1
2.03.2006 глЧ^
50 # *3
5.0 V 0 100 200км
*
160
в.д., град.
С
Абс. отм., м 1309
400 300 200 100 0
-100 200 300 400 500 600 700 -800
Ю
1306
*П А
I_I
Е1
N
туфы
От грав.-галечн. отл.
N
туфы
ЮЗ-5 *
К2
алевролиты, сланцы
1303
N
туфы
1311
От грав.-галечн. отл.
Рис. 1. Схемы расположения наблюдательных скважин (а) и их строения (б): 1 — скважины ОАО "Камчатгеология" 2 — скважины КФ ГС РАН; 3 — эпицентры землетрясений.
Таблица 1. Характеристика наблюдательных скважин
№ скважины Координаты, град. Абс, отм, м; Открытый Водовмещающие породы; водопроводимость, м2/сут Характеристика флюида
с.ш. в.д. глубина, м; уровень, м интервал, м М, г/л Хим, состав Газ Т, град., С
1303 53.15 158.35 31; 717; 25 517-717 2 N2-n1 туфопесчаники; 0.32 0.67 (HCO3-SO4)/Na нет 4.7
1306 54.73 158.63 200; 100; 11 28-41 QIV гравийно-галечные отложения;1451 1.5 HCO3/ (Ca + Mg) есть? СО2 2.0
1309 56.05 158.95 406; 750; 4 223-750 Nai туфы; 75 1.5 SO4/ (Na + Ca) нет 6.6
1311 52.79 156.20 20; 80; 12 67-69; 70-73 Qiv щебнисто-гравийные отложения; 165 0.18 (HCO3-Cl)/ (Mg-Ca, Na) нет 4.0
ЮЗ-5 53.17 158.41 70; 800; 1.5 310-800 К2 алевролиты; 7.8 0.4 (HCO3-SO4)/ (Na-Ca) нет 14.0
Е1 53.26 158.48 180; 665; 29 625-645 N2, туфы; 0.005 1.5 (Cl-HCO3)/Na своб. N2-^4 10.0
ХАРАКТЕРИСТИКА СКВАЖИН, МЕТОДИКА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ УРОВНЕМЕРНЫХ НАБЛЮДЕНИЙ
Наблюдательные скважины расположены в континентальных районах п-ова Камчатка на расстояниях Я = 748—1150 км от инструментального гипоцентра Олюторского землетрясения. Глубины вскрытия скважинами водовмещаю-щих пород составляют от 28—40 (скв. 1306) до 310—800 м (скв. ЮЗ-5) (рис. 1б). Водовмещаю-щие породы по литологическому составу представлены туфогенно-осадочными отложениями неогенового возраста (скв. 1303, 1309, Е1), тер-ригенными метаморфизованными отложениями позднемелового возраста (скв. ЮЗ-5), четвертичными образованиями (скв. 1306, 1311). Величины водопроводимости вскрытых резервуаров подземных вод, определенные по данным откачек и наливов в скважины, изменяются в широких пределах (0.005—1451 м2/сут) (табл. 1). Связь скважин 1309, 1303 и ЮЗ-5 с водовмещающими породами осуществляется через открытые части стволов, в скважинах 1306, 1311 и Е1 — через щелевые фильтры.
Уровнемерные наблюдения на скважинах проводятся ОАО "Камчатгеология" и Камчатским филиалом Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН) с использованием автономных цифровых регистраторов Кедр А2 (ООО "Полином", г. Хабаровск), оборудованных ультразвуковыми датчиками уровня и датчиками атмосферного давления. Такая система наблюдений обеспечивает чувствительность регистрации вариаций уровня воды 0.1 см, атмосферного давления — 0.2 гПа. Дискретность измерений на скважинах КФ ГС РАН составляла 10 мин, на скважинах ОАО "Камчатгеология" — 1 ч (скв. 1306) и 10 мин (скв. 1303, 1311, 1309). В работе использовались записи вариаций уровня воды и атмосферного давления, полученные в январе-апреле 2006 г.
Методика обработки данных уровнемерных наблюдений разработана в КФ ГС РАН и включает
[4, 6]:
— кросс-спектральный анализ временных рядов уровня воды и атмосферного давления с оценкой параметров статически изолированного барометрического отклика уровня воды (величины квадрата модуля спектра когерентности, барометрической эффективности, разности фаз между вариациями
уровня воды и атмосферного давления Дф) и диапазона периодов его проявления;
— приливной анализ часовых временных рядов уровня воды по программе ETERNA 3.0 [14] с оценкой приливной чувствительности уровня воды Ау по отношению к теоретической объемной деформации;
— компенсацию баровариаций в изменениях уровня воды на основе оценки комплексной передаточной функции от вариаций атмосферного давления к изменениям уровня воды [9]; выделение гидрогеосейсмических вариаций в поведении тренда и высокочастотной составляющей изменений уровня воды с использованием цифровой фильтрации данных.
В [1, 4, 6, 12, 13] в качестве важного показателя информативности уровнемерных наблюдений для обнаружения сигналов изменения напряженно-деформированного состояния среды рассматривается наличие статически-изолированного отклика уровня воды на барометрическое и приливное воздействие. Проявление такого отклика показывает, что скважина вскрывает изолированный резервуар напорных подземных вод, в котором гидравлическая связь с подземными водами со свободной поверхностью и с другими водоносными горизонтами является не существенной по сравнению с изменениями порового давления при деформировании резервуара. Определение диапазона периодов проявления такого отклика проводится по прямолинейному участку частотно-зависимых функций когерентности и амплитудной передаточной функции от вариаций атмосферного давления к изменениям уровня воды [5, 7]. В этом диапазоне периодов можно пренебречь течением воды и инерционностью водообмена между скважиной и резервуаром подземных вод, т.е. отклик уровня воды в скважине на изменения порового давления в этом диапазоне не искажается процессами водообмена. Статически изолированный отклик уровня воды линейно связан с деформацией водовме-щающих пород и управляется упругими параметрами резервуара [1, 12, 13]. В районах скважин с проявлением статически изолированного отклика уровня воды имеется возможность количественной оценки сейсмотектонической деформации по амплитудам гидродинамических предвестников, косейсмических скачков уровня во время землетрясений и других геодинамических эффектов, вызванных квазиупругой деформацией резервуаров подземных вод.
В изменениях уровня воды в скважинах 1303, ЮЗ-5, 1306 и 1309 отчетливо проявляются барометрические отклики на периодах от часов до первых десятков суток (табл. 2). Для этих скважин принимается гипотеза о статически изолированных условиях во вскрытых резервуарах подземных вод в диапазоне
периодов часы—сутки—первые десятки суток. Для скважин Е1 и 1311 такие отклики сильно искажены, в первом случае, за счет присутствия свободного газа в составе порового флюида [4]; во втором — за счет сильного влияния
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.