УДК 550.832.9:556.34.042
О СВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ ВОДЫ В СКВАЖИНЕ Е-1, КАМЧАТКА, С АКТИВИЗАЦИЕЙ ВУЛКАНА КОРЯКСКИЙ В 2008-2009 гг. И СИЛЬНЫМИ (М > 5) ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ
© 2012 г. Г. Н. Копылова, С. В. Болдина
Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: gala@emsd.ru Поступила в редакцию 25.01.2012 г.
Рассматриваются изменения уровня воды в скважине Е-1 за период времени с мая 2006 по 2010 гг. С середины 2006 по декабрь 2009 гг. в скважине развивался тренд повышения уровня с аномально высокой скоростью. Такое повышение уровня рассматривается как реакция резервуара газонасыщенных подземных вод в вулканогенно-осадочных отложениях Авачинской вулканотектонической депрессии на развитие деформации объемного сжатия при подготовке и реализации роя слабых землетрясений (KS = 8.3) в районе вулкана Корякский и его фреатического извержения. По величине амплитуды повышения уровня воды с учетом упругих параметров водовмещающих пород оценена величина объемного сжатия As = —(4.1 х 10—6—1.5 х 10-5). Во время действия источника деформации наблюдалось понижение чувствительности гидродинамического режима скважины к процессами подготовки сильных (М > 5.0) тектонических землетрясений.
ВВЕДЕНИЕ
При проведении мониторинга действующих вулканов с целью прогноза их извержений используются сейсмологические, геодезические и комплекс дистанционных методов. В отдельных случаях информативными для прогноза извержений являются наблюдения за химическим составом, температурой и тепловой мощностью фумарол. Данные уровнемерных и других видов гидрогеологических наблюдений используются значительно реже вследствие удаленности наблюдательных скважин и источников от вулканов и слабой изученности влияния вулканотек-тонических процессов на гидродинамический и гидрогеохимический режим подземных вод на стадиях подготовки извержений.
Уровнемерные наблюдения в пьезометрических скважинах рассматриваются в качестве эффективного метода диагностики сигналов современной геодинамической активности, в частности, гидрогеодинамических предвестников сильных землетрясений. Сигналы сейсмотектонической деформации в изменениях уровня воды могут полностью подавляться или могут проявляться в искаженном виде вследствие инерционности водообмена между подземными водами в водовмещающих породах и в стволе скважины [Болдина, Копылова, 2006; Ш1ек й а1., 1987; Яо]81ае2ег, 1988], а также из-за возможного воздействия гидрогеодинамических факторов, связанных с изменением количества подземной
воды и граничных условий в области влияния скважины.
Диапазон периодов проявления эффекта инерционности водообмена в различных скважинах может изменяться от минут—часов до суток и определяется степенью изоляции контролируемого резервуара, фильтрационными и упругими параметрами водовмещающих пород, а также совершенством связи между водовмещающими породами и стволом скважины. Если влияние гид-рогеодинамических факторов на изменения уровня воды в наблюдательной скважине отсутствует, то при развитии сейсмотектонической деформации на периодах, составляющих не менее суток—десятков суток, эффектом инерционности водообмена можно пренебречь и полагать, что вариации уровня прямо связаны с изменениями давления подземных вод вследствие деформации водовмещающих пород. В таком случае возможно получение количественных оценок сейсмотектонической деформации по выделенным амплитудам аномальных вариаций уровня воды с учетом деформометрических свойств наблюдательной скважины. Деформометрические свойства отдельной скважины определяются наличием в ней статически изолированного отклика уровня воды на барометрические, приливные и сейсмотектонические воздействия, диапазоном периодов его проявления, а также величиной деформометри-ческой чувствительности уровня воды [Копылова, 2006, 2009].
Рис. 1. Карта района Авачинской вулканотектонической депрессии и ее обрамления.
1 — действующие вулканы; 2 — эпицентры роя землетрясений в районе вулкана Корякский 2008—2010 гг., К8 = 3.1—8.3; 3 — пункты наблюдений за химическим составом подземных вод; 4 — наблюдательные пьезометрические скважины.
Для мониторинга современных сейсмотектонических процессов наиболее предпочтительны глубокие скважины, вскрывающие изолированные плотные водовмещающие породы на глубинах не менее 200 м [Копылова и др., 2007]. Такие скважины также характеризуются относительно слабыми сезонными вариациями уровня воды или их отсутствием. К таким объектам относится скважина Е-1, Восточная Камчатка, расположенная на расстоянии 17 км от вершины действующего вулкана Корякский (рис. 1).
В скв. Е-1 с середины 2006 по декабрь 2009 гг. регистрировался восходящий тренд повышения уровня воды с аномально высокой скоростью. Повышение уровня началось за 1.9 года до начала роя землетрясений (К8 = 8.3) в пределах субме-
ридиональной зоны, включающей постройку вулкана Корякский (см. рис. 1), и за 2.5 года до усиления его фумарольной активности. Повышение уровня воды закончилось примерно одновременно с окончанием роя землетрясений и фума-рольной активизации вулкана. Продолжительность аномального изменения уровня воды составила около 3.5 лет, амплитуда повышения уровня воды — 1.22 м.
Ранее по данным многолетних наблюдений (с 1987 г. по настоящее время) была установлена чувствительность гидродинамического режима скв. Е-1 к процессам подготовки тектонических землетрясений с магнитудой М > 5.0, возникающих в процессе поддвига Тихоокеанской океанической плиты под Охотоморскую плиту континентального типа [Копылова, 2001, 2008]. Пони-
жения уровня воды с повышенной скоростью в течение недели — первых месяцев регистрировались примерно перед 70% таких землетрясений на гипоцентральных расстояниях Я < 350 км от скважины. Во время интенсивного повышения уровня воды в 2006—2009 гг. наблюдалось ослабление чувствительности скважины к процессам подготовки тектонических землетрясений. С 2010 г., т.е. после окончания повышения уровня воды, чувствительность скважины Е-1 к процессам подготовки землетрясений с М > 5.0 восстановилась.
В работе рассматриваются особенности гидродинамического режима скважины Е-1 в 2005— 2010 гг. в сопоставлении с развитием роя землетрясений в районе вулкана Корякский и его фу-марольной активностью, а также с субдукцион-ными тектоническими землетрясениями с М > 5.0. По амплитуде суммарного повышения уровня воды и с учетом оцененных упругих параметров водовмещающих пород оценена величина деформации объемного сжатия в районе скв. Е-1 в период, предшествующий и сопутствующий сейсмической и фумарольной активизации вулкана Корякский. Рассматриваются возможные механизмы формирования источника деформации объемного сжатия в районе скважины.
Используемые данные о сейсмической и фу-марольной активности в районе вулкана Корякский получены лабораторией исследования сейсмической и вулканической активности Камчатского филиала Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН).
Характеристика района и активизация вулкана Корякский
Вулкан Корякский (координаты вершины 53.32° с. ш., 158.72° в. д., высота 3456 м) является одним из двух действующих вулканов Авачинско-Корякской группы, расположенной в пределах Авачинской вулканотектонической депрессии (см. рис. 1). В 2008—2009 гг. вулкан Корякский проявлял повышенную активность в виде усиления сейсмичности и фумарольной паро-газовой деятельности [Гордеев и др., 2009; Селиверстов, 2009; Сенюков, Нуждина, 2010].
На рис. 1 показаны эпицентры землетрясений с К; = 3.1—8.3, произошедшие в марте 2008—декабре 2009 гг. и зарегистрированные сейсмическими станциями КФ ГС РАН. Гипоцентры землетрясений располагались в диапазоне глубин от 20 км до поверхности земли, в т.ч. в постройке вулкана [Сенюков, Нуждина, 2010]. Большая их часть была сосредоточена на глубинах 5—9 км и концентрировалась в пределах субмеридиональной зоны длиной 11 км и шириной 4—5 км. Максимумы сейсмической активности наблюдались в марте и октябре 2008 г. и в апреле и августе 2009 г. В
эти месяцы происходило 600—1000 событий с К8 = = 3.1—8.3 при средних месячных суммах таких землетрясений от 0 до 130 шт. Выделившаяся сейсмическая энергия землетрясений в пределах субмеридиональной зоны (см. рис. 1) за период с марта 2008 по декабрь 2009 гг. составляла 5.4 х 108 Дж.
Повышенная фумарольная активность вулкана Корякский по данным КФ ГС РАН и Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН наблюдалась в течение времени с ноября 2008 г. по август 2009 г. и периодически сопровождалась мощными паро-газовыми шлейфами (рис. 2а— 2в). В отдельные дни в паро-газовых выбросах и шлейфах присутствовал резургентный пепел. По данным тепловизионных наблюдений [Гордеев, Дрознин, 2010; Дрознин, Дубровская, 2010] в течение 250 сут (с конца декабря 2008 по конец августа 2009 гг.) максимальная температура парогазовых выбросов составляла 430°С, средний расход перегретого пара — 35 кг/с. За время извержения масса поступившего на поверхность водяного пара составила 106 т, суммарная энергия парогазовой разгрузки — 3 х 109 Дж.
На рис. 1 показаны пункты наблюдений за режимом подземных вод, в т.ч. пьезометрические скважины Е-1 и ЮЗ-5 КФ ГС РАН и скв. 1303 ОАО "Камчатгеология", на которых проводится регистрация уровня воды и атмосферного давления с периодичностью 10 мин. Характеристика скважин приводится в табл. 1. На рис. 1 также показано расположение двух пунктов наблюдений КФ ГС РАН за химическим составом подземных вод. Аномальные изменения параметров режима подземных вод в наблюдательных скважинах и источниках в связи с активизацией вулкана Корякский, за исключением скв. Е-1, не были зарегистрированы.
Характеристика скважины Е-1 и данных уровнемерных наблюдений
Скв. Е-1 расположена на расстоянии 17 км от вершины вулкана Корякский и в 9 км от его подножия. Она вскрывает в диапазоне глубин 625— 647 м слабообводненные туфы алнейской серии неогена (см. табл. 1; рис. 3). По данным экспресс-налива в скважину в 1991 г. водопроводимость водовмещающих пород составляет Т = 0.005 м2/сут.
По данным опробования интервала 625—647 м в процессе бурения скважины в 1984
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.