ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 460, № 4, с. 464-467
= ГЕОФИЗИКА
УДК 550.844+546.791.027+632.126
ПЕРВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА 234и/238и В ВОДАХ ИЗ АКТИВНЫХ РАЗЛОМОВ ЗАПАДНОГО ПОБЕРЕЖЬЯ
ЮЖНОГО БАЙКАЛА
© 2015 г. Е. П. Чебыкин, С. В. Рассказов, Е. Н. Воднева, А. М. Ильясова, И. С. Чувашова, С. А. Борняков, А. К. Семинский, С. В. Снопков
Представлено академиком РАН Г.С. Голицыным 23.11.2013 г. Поступило 30.09.2013 г.
Б01: 10.7868/80869565215040210
Байкальская рифтовая зона характеризуется высокой сейсмической активностью [1]. Сильные землетрясения происходили здесь в историческом прошлом и происходят в наше время. С точки зрения прогнозных построений ключевым является вопрос разработки методических подходов превентивной диагностики перехода потенциально сейсмоопасных разломных систем в предсейсмогенное состояние. В настоящей работе показана перспективность мониторинга 234и/238и, основанного на эффекте Чалова-Чер-дынцева, согласно которому сейсмическая активизация разломов сопровождается обогащением подземных вод изотопом 234и [2].
В качестве полигона исследований служит западное замыкание Южно-Байкальской впадины (рис. 1), в которой имели место крупные сейсмические события в 1999 и 2008 гг. (Иц = 6.8 и 6.3) [3, 4]. На полигоне сочленяются Обручевский и Главный Саянский разломы. Первый имеет резкое морфологическое выражение как кайнозойский сброс. Второй слабо выражен в рельефе. В его зоне выявлены сейсмодислокации с левосторонней сдвиговой компонентой, которые интерпретируются в качестве показателя современной активности этой структуры [5]. В районе пос. Култук амплитуда вертикальных движений Обручевско-го разлома в западном направлении быстро уменьшается. Здесь во временном интервале 1812 млн лет назад происходили извержения Кул-тукского вулкана. Зону Главного Саянского раз-
Лимнологический институт
Сибирского отделения Российской Академии наук,
Иркутск
Институт земной коры
Сибирского отделения Российской Академии наук, Иркутск
Иркутский государственный университет
лома пересекают субмеридиональные Камарская и Быстринская вулканические линии без существенных позднекайнозойских сдвиговых смещений [6].
Для оценки текущего напряженно-деформированного состояния в зонах Обручевского и Главного Саянского разломов в 2012—2013 гг. выполняли мониторинг (234U/238U) в подземных водах Култукско-го полигона [7, 8]. Определение U и (234U/238U) проводили методом ИСП-МС на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 ce в ЦКП "Ультрамикроанализ" (ЛИН СО РАН, г. Иркутск). Для определения изотопного состава урана в природных водах разработали методику выделения и обогащения урана на ионообменной смоле TRU (Eichrom). Образцы воды фильтровали (0.45 мкм), подкисляли азотной кислотой (3%) и загружали в ионообменные полипропиленовые колонки, содержащие 0.5 мл смолы TRU. Уран элюировали 1.5 мл 0.1 М оксалата аммония (NH4)C2O4. Элюаты разбавляли в 2 раза 3%-й HNO3 и анализировали методом ИСП-МС согласно подходам, разработанным ранее [9]. Типичная относительная ошибка определения изотопных отношений ~1% (1а). Предварительно в пробах определяли спектр 65 химических элементов.
В период с 27 июня 2012 г. до 16 июня 2013 г. на Култукском полигоне выполнены измерения в 22 сериях проб, отобранных с периодичностью от одной до трех недель из скважин и родников, в сопоставлении с водами поверхностного стока рек Култучная, Тигунчиха и Медлянка. Общий диапазон измеренных концентраций U в водах на полигоне составил от 0.02 до 4.2 нг/г и (234U/238U) — от 1.09 до 3.28. В приустьевых частях рек Култучная и Тигунчиха, дренирующих зону Главного Саянского разлома, определены низкие (234U/238U), соответственно 1.31 и 1.38, отражающие его слабую текущую активность. В приустьевой части р. Медлянка, дренирующей зону Обручевского разлома, измере-
102°00' 103°00' 104°00' в.д. 105°00'
Рис. 1. Схема местоположения Култукского полигона в системе станций опробования родниковых, минеральных и речных вод в зонах крупных активных разломов района г. Иркутск с целью мониторинга (234и/238и). 1—4 - активные разломы: сдвиг (1), сбросо-сдвиг (2), сброс (3), неясного кинематического типа (4); 5 — впадина; 6 - полигон опробования; 7 - отдельная точка опробования; 8 - эпицентр главного толчка (звездочка) и распределение афтершоков сосредоточенной компоненты (черные кружки) Култукского землетрясения [2].
но более высокое значение (234и/238и) — 1.90, свидетельствующее о его повышенной текущей активности.
По данным Иркутской сейсмической станции в течение начального мониторинга вод в районе Южно-Байкальской впадины не произошло ни одного заметного сейсмического события. Первый признак активизации проявился 08.01.2013 г. в землетрясении 10-го класса с эпицентром рядом с пос. Листвянка, удаленном от полигона пос. Култук на ~100 км к востоку вдоль Обручевского разлома. Затем 24.04.2013 и 07.06.2013 г. произошли такие же сравнительно слабые сейсмические события непосредственно на Култукском полигоне. Между этими сейсмическими событиями прошло менее двух месяцев.
В водах станции 9, расположенной в зоне Об-ручевского разлома, за время наблюдений выделилось 3 максимума (234и/238и): 2.56 - 26.10.2012 г., 2.55 - 04.02.2013 г. и 2.51 - с 12.04.2012 г. по 27.04.2012 г. (рис. 2а). Максимумам предшествовали минимумы (234и/238и): 2.44 - 31.07.2012 г., 2.47 - 10.01.2013 г. и 2.45 - 16.03.2013 г. Связывая вариации этого параметра с текущими деформациями, мы обозначаем первый максимум как отражение сравнительно длительного деформационного цикла, начавшегося 31.07.2012 г. (или несколько раньше) и продолжавшегося не менее 5 месяцев и 10 дней. Затем последовали менее длительные деформационные импульсы, первый
из которых продолжался 2 месяца и 6 дней, а второй составил 2.5 месяца и в интервале с 08.06.2013 г. до 16.06.2013 г. сменился максимумом. В начальный период наблюдений линия средних значений (234и/238и) находилась на уровне 2.50, а с началом сейсмических событий 10-го класса снизилась до 2.48.
В пробе воды, отобранной на станции 9 через 2 дня после события с эпицентром у пос. Листвянка, значение (234и/238и) оставалось на минимуме (2.47), но уже через 9 дней (19.01.2013 г.) возросло до 2.52. Максимуму второго наложенного деформационного импульса соответствовало сейсмическое событие 10-го класса 24.04.2013 г. с эпицентром на Култукском полигоне. За 6 дней перед следующим сейсмическим событием 07.06.2013 г. была отобрана проба воды, которая дала минимальное значение (234и/238и) = 2.44, а через 17 ч после события значение было резко завышенным - 2.53. Два последующих измерения (13.06.2013 г. и 16.06.2013 г.) показали значения, поддерживающиеся на этом же уровне. Два наложенных деформационных импульса, зарегистрированные по максимумам (234и/238и) в водах станции 9, соответствовали сейсмическим событиям 10-го класса и могут использоваться в качестве их прогностических признаков.
В зоне Обручевского разлома в 2 км восточнее станции 9 расположена станция 11 (рис. 2б). Она находится непосредственно на берегу Байкала, поэтому характеристики (234и/238и), сопостави-
466
ЧЕБЫКИН и др.
(U234/U238) 2.58
2.54
2.50
2.46
2.42 2.02
2.00
1.98
1.96
1.94
1.92
1.90
29.08 07.12 17.03 25.06
2012 г. 2013 г.
Рис. 2. Результаты мониторинга (234и/238и) в водах скважин: а — района железнодорожной остановки Земляничная (станция 9, координаты: 51°43.795' с.ш., 103°43.294' в.д.); б — остановки 154-й км Кругобай-кальской железной дороги (станция 11, координаты: 51°43.729' с.ш., 103°45.460' в.д.), в — остановки Чертова Гора Восточно-Сибирской магистрали (станция 8, координаты: 51°43.570' с.ш., 103°41.931' в.д.). Жирные линии — временные вариации средних значений 234 238
( И/ И), пунктирные — огибающие кривые максимумов и минимумов. На графике б показан уровень 234 238
значений (^И/ И) в воде оз. Байкал — среднее 36 измерений (1.95) с общим интервалом вариаций ±0.27 [10].
мые с этим параметром в воде озера, могли отражать наполнение зоны разлома водами, связанными с ним генетически. В начале периода наблюдений между станциями 9 и 11 наблюдалось резкое несоответствие в значениях (234И/238И):
минимуму станции 9 соответствовал максимум станции 11. В длительный деформационный цикл
31.07.2012 г.—10.01.2013 г. станции 9 укладывался один полный деформационный импульс станции 11, отделенный от предшествующего импульса минимумом (234U/238U) 06.10.2012 г. и от последующего - минимумом (234U/238U) 16.12.2012 г. Усредненная линия графика описала синусоиду, минимум которой сопоставляется с длительным деформационным циклом станции 9, а максимум -с циклом, последовавшим после удаленного листвянского сейсмического события в зоне Обручевского разлома. Если слабое землетрясение
08.01.2013 г. с эпицентром рядом с пос. Листвянка не отразилось в повышении (234U/238U) в воде станции 9 10.01.2013 г., в воде станции 11 отношение в это время было повышенным. Далее, можно видеть совпадение максимумов деформационных импульсов станций 9 и 11 с переходом на обеих станциях к минимуму 16.03.2013 г. Дальнейшее развитие деформационных процессов выражено в отсутствии существенных вариаций (234U/238U) в воде станции 11 с распределением точек на уровне средних значений в воде оз. Байкал (~1.95). Именно этот временной интервал ознаменовался двумя сейсмическими событиями, произошедшими на Култук-ском полигоне.
Обратимся к результатам измерений (234U/238U) в водах станции 8 (рис. 2в), расположенной в пределах миоценового Култукского вулкана на территории между зонами Обручевского и Главного Саянского разломов [6]. В первой половине периода наблюдений вариационная кривая станции 8 была подобна кривой станции 11. Из трех минимумов (234U/238U) два (06.10.2012 г. и 16.03.2013 г.) совпадают, а один минимум несколько смещен по времени (станция 8 — 01.12.2012 г., станция 11 — 16.12.2012 г.). После минимума 16.03.2013 г. на обеих станциях наблюдается затухание амплитуды относительных вариаций (234U/238U). Усредненная линия графика находится на уровне 2.34, несколько снижается перед сейсмическими событиями Култукского полиго
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.