Информационные сводки мониторинга ГГД-поля


Мониторинг ГГД-поля по Северо-Кавказскому региону

Сейсмичность

Северный Кавказ является частью протяженной Крым-Кавказ-Копетдагской зоны Иран-Кавказ-Анатолийского сейсмоактивного региона. Он, совместно с Центрально-Азиатским регионом, а также области перехода от горных сооружений к Скифской и Туранской платформам, представляют собой единую сейсмогеодинамическую систему, формирующую особенности сейсмического режима всей этой обширной территории /Уломов, Данилова и др., 2006/. Исследованиями пространственно-временного и энергетического развития сейсмогеодинамических процессов вдоль основных сейсмогенерирующих структур выявлены закономерности в последовательности возникновения сейсмических событий различных магнитуд и в миграции сейсмической активизации. Северный Кавказ характеризуется самой высокой сейсмической активностью в европейской части России. Ему, как и всему Иран-Кавказ-Анатолийскому региону, свойственны очень крупные землетрясения. Сейсмическая активность отдельных регионов Северного Кавказа непостоянна и изменяется во времени.

Наиболее активна в сейсмическом отношении восточная часть Северного Кавказа – территории Дагестана, Чечни, Ингушетии и Северной Осетии. Из крупных сейсмических событий следует отметить землетрясения: в Дагестане –1830 г. (М=6.3) и 1970 г. (М=6.6); на территории Чечни – Черногорское 1976 г. (М=6.2). На западе региона, вблизи границы России, произошли Тебердинское 1905 г. (М=6.4) и Чхалтинское 1963 г. (М=6.4) землетрясения. Другие крупные землетрясения на Кавказе, ощущавшиеся на территории России, возникали в Азербайджане в 1902 г. (Шемаха, М=6.9) и в 2000г. (Бакинское, М=6.8), в Армении в 1988 г. (Спитак, М=6.9), в Грузии в 1991 г. (Рача–Джава, М=6.9) и в 1992 г. (Барисахо, М=6.3).

В других районах Северного Кавказа (Адыгея, Ставропольский и Краснодарский края) магнитуды землетрясений пока не достигали М=6.5. В 1879 г. произошло сильное Нижнекубанское землетрясение (М=6). Имеются исторические сведения о катастрофическом Понтикапейском землетрясении (63 г. до н. э.), разрушившем ряд городов по обе стороны Керченского пролива. Многочисленные сильные и ощутимые землетрясения отмечены в районе Анапы, Новороссийска, Сочи и на других участках Черноморского побережья, а также в акватории Черного и Каспийского морей. На севере региона, на Скифской плите, местная сейсмичность связана с ростом Ставропольского поднятия и, как правило, не превышает М= 4-5.

Наиболее опасной на юге России является территория в полосе шириной от 200 до 300 км вдоль всей государственной границы, где с различной степенью вероятности возможны сейсмические сотрясения интенсивностью 8, 9 и 10 баллов. В связи с наличием на Северном Кавказе потенциальных сейсмических очагов долгосрочный прогноз их очередной активизации имеет первостепенное значение для адекватной оценки сейсмической опасности и сейсмического риска в этом густонаселенном регионе страны.

Для оценки сейсмической опасности на Северном Кавказе и в Предкавказье ключевым является профиль Кипр-Кавказ. Он начинается от Кипра, совпадает с простиранием Восточно-Анатолийского разлома и пересекает в северо-восточном направлении Кавказ, достигая акватории Каспийского моря. Тектоника этого сегмента центральной части Альпийско-Гималайского складчатого пояса была объектом многих исследований и достаточно хорошо изучена в сейсмическом отношении. Сведения о крупных землетрясениях с М>7.00.2 в юго-западной части профиля Кипр – Кавказ имеются за период, превышающий 3 тыс. лет (с 1356 г. до н. э.). За исторический период (526–1114 гг.) здесь зафиксировано четыре землетрясения с М≥7.8 (526 г., М=7.9; 859 г., М=8; 1046 г., М=7,8; 1114 г., М=8.0), однако с 1900 г. пока не произошло ни одного события с магнитудой М≥6.8.

Крупные землетрясения с М=7,3 и с М=7 возникали в центральной части профиля в 1872 и 1893 гг., а в период 1900–2004 гг. заметно активизировалась его северо-восточная половина, где ранее имели место многочисленные землетрясения с М≥6,8 в 1905, 1924, 1939, 1966, 1971 гг., в том числе и на территории Турции. Самым крупным было Эрзинджанское 1939 г. с М=7,8. В 1988 и 1991 гг. произошли ранее упомянутые разрушительные землетрясения в Армении и Грузии, а в 1999 г. имело место Измитское землетрясение (М=7,8), на которое отреагировали скважины на западе Северного Кавказа. В 2000г. произошло Бакинское землетрясение с М=6,8.
Особенностью проявления сейсмичности вдоль этого профиля явилось интенсивное высвобождение сейсмической энергии на протяжении семи столетий (500 - 1200 гг.), сменившееся таким же по продолжительности относительным сейсмическим затишьем (1200–1900 гг.). Северо-восточное окончание профиля Кипр - Кавказ характеризуется резким снижением уровня сейсмичности при переходе к акватории Каспийского моря.
Эпицентры землетрясений в регионе фиксируются, в основном, на глубинах до 10-15 км, и только в краевых зонах Кавказской структуры они достигают глубин 25-75 км. Районы с заглубленными до 100 - 150 км гипоцентрами выделяются в Терско-Каспийском прогибе, а также на юго-востоке Турции и в районе Кипра. Вопрос о наличии на Кавказе отдельных зон с сейсмическими очагами в верхней мантии неоднократно обсуждался в литературе. В более поздних публикациях было показано, что природа подобных сейсмических событий связана с зоной, простирающейся от Копетдага, через центральный Каспий, вдоль Большого Кавказа вплоть до Крыма.

Мониторинг ГГД поля

Гидрогеодеформационный мониторинг на Северном Кавказе осуществляется, с 1986 г. по сети скважин. Интерпретация ГГД данных основывалась на представлении о линейной зависимости между величиной напряжения и изменением давления флюида (гидравлическим давлением), т.е. система «скважина-пласт», по сути, является пьезометром.

В отчете по организации и ведению мониторинга гидрогеодеформационного поля и ряда геофизических полей в Северо-Кавказском регионе за 1991-1993 гг., на основании анализа изменений уровней подземных вод на Рачинское и менее слабые землетрясения с М>5, приводится вывод о том, что гидрогеодеформационное поле Земли динамично и мозаично, его аномальные изменения охватывают большие площади и наиболее контрастны за несколько суток - часов до землетрясения. Наличие реакции УПВ на влияние приливно-отливных сил свидетельствует о возможности фиксации по изменениям УПВ наблюдательных скважин возникновения напряжений, связанных с деформациями порядка 10-8. Диапазон вариаций уровней подземных вод под воздействием земно-приливных колебаний достаточно высок: от нескольких миллиметров до 10 см и более. В сейсмически спокойное время соотношение между амплитудами приливных волн гравитационного потенциала и амплитудами УПВ - одного порядка. Амплитуды вариаций УПВ по многим скважинам хорошо выражены: наиболее контрастны на новолуния-полнолуния, а во время 1 и 4 четвертей Луны – сглажены. Слабая реакция УПВ на влияние лунно-солнечных приливов отмечается по скважинам, вскрывающим неглубоко залегающие подземные воды, развитые, в основном, в глинистых слабо песчанистых отложениях. Слабо выраженной реакцией на земно-приливные вариации отличаются также скважины с высокой скоростью изменения УПВ, т. к. амплитуда изменения УПВ за счет тренда больше амплитуды приливной волны УПВ и в результате камуфлирует ее.

В процессе тридцатилетних исследований сейсмоактивных районов Северного Кавказа была изучена реакция УПВ на землетрясения, установлены гидрогеологические, в том числе и предвестниковые, эффекты сейсмотектонических движений, проведена их типизация, выделены предвестниковые особенности ГГД поля Северного Кавказа, рассмотрен характер связей УПВ с метеорологическими и космогенными факторами. В числе неординарных изменений в связи с тектоническими землетрясениями нами были выделены следующие изменения реакции уровня подземных вод на лунно-солнечные приливы: усиление приливно-отливного эффекта, нивелирование приливно-отливного эффекта и деформирование приливной волны УПВ, часто осложненное условно мгновенными (часы) аномалиями. Нивелирование приливной волны УПВ, или ее контрастное усиление можно объяснить интерференцией приливной и деформационной волн (в фазе или противофазе), а также существованием деформаций волновой природы, или предельного напряжения. Установлен также целый ряд случаев синфазных изменений УПВ и атмосферного давления перед землетрясениями. Выделено несколько периодов, когда изменения УПВ «опережали» конформные изменения атмосферного давления, что говорит в пользу мнения о превалирующем влиянии геодинамики на УПВ, или о влиянии третьего, более мощного фактора.

Максимальное количество условно краткосрочных аномалий УПВ – условно мгновенные (обратимые и необратимые), причем их амплитуды имеют характерные значения для отдельных скважин и иногда отражают зависимость от параметров землетрясений. Условно мгновенные необратимые аномалии встречаются по анализируемым скважинам в три раза чаще, чем обратимые, т. е. отражают наличие после землетрясений остаточных неупругих деформаций. Однако в определенные периоды количество обратимых эффектов растет, что, вероятно, связано с повышением упругих свойств геологической среды, за счет изменения степени обводненности пород или под влиянием неравномерного выноса газов («газлифт»). Краткосрочность проявления аномалий УПВ можно, по аналогии их с типами деформаций, объяснить кратковременностью проявления последних. Анализ длинных (многолетних) рядов гидродинамических наблюдений, построенных по среднемесячным значениям, рационально использовать для выделения долгосрочных (годы) и среднесрочных (до года) предвестниковых изменений в режиме конкретных скважин. Более детальные построения (через час) используются для выделения краткосрочных (часы, дни, до месяца) изменений, а карты динамики ГГД поля - для выделения преимущественно короткоживущих предвестниковых вариаций.

В пределах Краснодарского края Северного Кавказа работы по изучению ГГД поля Земли с целью прогноза сильных землетрясений были начаты в 1987 г., когда были созданы пять наблюдательных постов федеральной сети. К 2006 г., за счет создания локальной краевой сети общее количество наблюдательных пунктов достигло 19. При анализе привлекались также материалы государственной гидрогеологической сети, наблюдения по которой ведутся в Краснодарском крае с 1958 года. В результате собственных исследований сотрудниками ГУП «Кубаньгеология» выделены следующие особенности и закономерности ГГД поля Краснодарского края: структура ГГД поля соответствует тектоническому плану региона; в структуре ГГД поля периодически наблюдается перестройка, фиксирующая схему геодинамической активности вдоль разломных зон различного заложения; с 1958 г. наибольшие возмущения наблюдались в 1963, 1976-78, и 1988 годах. Изменения в 1976-78 годах характеризуют смену геодинамического режима в регионе, которая сопровождалась катастрофическими землетрясениями на сопредельных с Кавказом территориях и началом подъема уровня Каспийского моря. Характер изменения ГГД-поля, в период подготовки землетрясений с М=4.5-5.5, эпицентры которых расположены в пределах территории Западного Кавказа, контрастно отличается от его образов при подготовке крупных (М>6.5) дальних (500-1000 км) землетрясений; колебания УПВ при подготовке крупных землетрясений в отдельных пунктах превышают десятки метров; наблюдаются четкие связи в перестройке структур ГГД-поля и грязевулканической активности на Таманском полуострове; наблюдается связь изменений уровней, температуры и электропроводимости подземных вод и пр. В 1994, 1998, 1999 гг. за 3-5 суток были спрогнозированы (место, время, интенсивность) землетрясения в Краснодарском крае с М=4.2-5.5.

По согласованию с МПР России, с марта 2005 г. по март 2006 г., ФГУГП «Кавказгеолсъемка» и институт Сейсмологии Грузии обменивались данными ГГД мониторинга за период 1988-2004 гг. На некоторые землетрясения был проведен ретроспективный анализ данных, в виде построения полей напряженности геологической среды (ПНГС), эффективно отражающих возникновение аномальных и критических напряжений на территории Северного Кавказа, в связи с землетрясениями в Грузии. Ранее на основании обобщения и анализа работ по ГГД мониторингу Северного Кавказа была установлена реакция уровней подземных вод не только на землетрясения с эпицентрами в пределах изучаемой территории, но и на катастрофические землетрясения, происходящие в приграничных районах России и Грузии, в северной и северо-восточной Турции, в северном и северо-западном Иране, а также на границе Афганистана и Таджикистана.

На основании изучения многолетних рядов наблюдений и типизации гидродинамических предвестников землетрясений Северного Кавказа установлено, что большей частью развитие сейсмогидродинамических эффектов корреспондируется с четырьмя стадиями напряженного состояния среды по механике грунтов (долгосрочных, среднесрочных, краткосрочных и косейсмических изменений).
Для краткосрочной оценки сейсмогеодинамического состояния геологической среды и степени сейсмической опасности, удобства представления и анализа фактического материала, разработана методика построения карт-схем полей напряженности геологической среды (ПНГС) по приведенным (нормированным) суточным амплитудам УПВ.

Таким образом, в процессе многолетних исследований сейсмоактивных районов Северного Кавказа была всесторонне изучена реакция УПВ на подготовку и разрядку землетрясений, установлены гидрогеологические эффекты сейсмотектонических движений; проведена их типизация, выделены предвестниковые особенности ГГД-поля Северного Кавказа в связи с местными слабыми и с сильными дальними землетрясениями.
В настоящее время технология ГГД мониторинга, как основа слежения за развитием геодинамической обстановки на региональном уровне, признана патентными службами России, США, Италии, Греции, Ирана, Турции, а также патентным ведомством Европейского Союза. Вместе с тем, по опыту работ установлено, что краткосрочное развитие сейсмотектонического процесса наиболее успешно контролируется лишь по комплексу параметров: вследствие оперативной диагностики аномальных изменений газогидрохимических параметров, напряженности гидрогеодеформационного (ГГД) поля и импульсного электромагнитного поля Земли (ЭМИ). Причем построение карт-схем напряженности ГГД поля характеризует площадное развитие сейсмотектонического процесса и отражает его интенсивность и время реализации с точностью до нескольких суток. Увеличение скорости счета импульсов ЭМИ, на разных диапазонах частот, позволяет получить дополнительную информацию об удаленности эпицентра землетрясения и времени его разрядки. Проявление аномалий ЭМИ краткосрочно и тяготеет непосредственно к периоду «растрескивания» пород за несколько часов, суток до землетрясения.

Результаты мониторинга


Мониторинг ГГД-поля по Байкальскому и Алтае-Саянскому региону

Сейсмичность

Байкальская рифтовая зона является самой активной сейсмической зоной, расположенной в середине России.

Здесь происходили в прошлом и, вероятно, возможны в будущем землетрясения с интенсивностью до 11-12 баллов по шкале М8К-64 и магнитудой превышающей 8.0. При этом довольно велика и средняя повторяемость землетрясений. Так по оценкам С. И. Голенецкого (1977), землетрясения с М=5.4-5.9 на территории БРЗ следует ожидать 1 раз в два года, с М=б.0-6,8 - 1 раз в 10 лет, с М=6,9-7.7 - 1 раз в 30 лет.

Развитие Байкальской рифтовой зоны обуславливает аномальные коровые напряжения и деформации. Значительная часть очагов землетрясений на изучаемой территории формируется в условиях напряженного состояния коры.

Наиболее высокая сейсмичность присуща району среднего Байкала. В этом районе располагался эпицентр катастрофического 10 бального землетрясения 1862 г, К сильным толчкам относятся землетрясения 1885, 1903, 1959 гг.
Следует отметить, что эпицентральное поле землетрясений Байкальской рифтовой зоны в основном приурочено к главным разломным структурам, рифтовым впадинам и межвпадинным перемычкам. Особенно опасны в сейсмическом отношении тектонические узлы. В районе Средней и Южной котловин Байкала высокой плотностью выделяются два шестидесятикилометровых участка: один к юго-западу от п-ова Святой Нос, другой - между дельтой реки Селенги и о. Ольхой, Потенциальная сейсмичность Обручевского разлома в разных его частях колеблется от М=4,8 до М=7,8. Эпицентральная зона с К≥10 тяготеет к районам Дельтового разлома, залива Провал.
Станциями ИЗК с 2000 г. зарегистрированы землетрясения энергетического класса 12 и более в основном на СВ и ЮЗ флангах БРЗ. Периодически землетрясения высокого класса происходят в центральной части озера Байкал, Такие землетрясения отмечены в заливе Провал (ЮЛ 0.2001 г.) класса 13.5, в акваториальной зоне озера Байкал (20.05.2008г.) с К=14.2 при этом в городах Иркутске, Бабушкине и поселке Оймур интенсивность толчка была одинаковой и составила 4-6 баллов, хотя их расположение от эпицентра различно соответственно.

В работе Н.А. Гилевой по материалам наблюдений 9 сейсмических станций были исследованы 671 сейсмическое событие в энергетическом диапазоне К = 8-12 за период 1971 по 1997 г.г. Результаты показали, что 87 % изученных землетрясений приходятся на глубины 10-30 км, Относительно малое количество сейсмических событий имеет глубины очагов до 10 км и более 30 км. Данные о глубинах прибайкальских землетрясений свидетельствует о том, что наибольшей сейсмической активностью обладает средний слой земной коры (10-30 км).

О высокой сейсмической активности зоны свидетельствует регистрация региональной сетью сейсмических наблюдений Прибайкалья более 3000 слабых и сильных землетрясений в год. Основными объектами геофизических работ является выявление предвестников землетрясений 7 и более баллов, представляющих опасность для населенных пунктов Иркутской области и Республики Бурятия.

Сейсмичность Алтае-Саянской области составляет 6-8 баллов по шкале MSK-64. Землетрясения играют большую роль в образовании осыпей и обвалов, например, на южных склонах Чуйского и Курайского хребтов, совпадающих с зонами повышенной сейсмичности. Основная масса эпицентров землетрясений образует два сейсмических пояса: субмеридиональный, совпадающий с Шапшальским хребтом и северо-восточный, протягивающийся от хребта Танну-Ола к истокам реки Ус. Сейсмическая деятельность, вероятно, проявляется и в высокогорье Южного Алтая.

Высокой сейсмичностью (7-9 баллов) отличается территория юго-восточной части района в пределах Восточного Саяна, для которой в связи с ее непосредственным контактом с Байкальской рифтовой зоной характерна повышенная степень новейшей активизации. Сейсмодислокации обнаружены и наиболее проявлены именно здесь.

В Алтае-Саянскую складчатую область входит преобладающая часть каледонид Сибири. Западно-Сибирская плита представляет собой эпигерцинскую платформу.

Сейсмическая активность Алтае-Саянской горной области с начала 2000-х годов резко возросла. Большое влияние на сейсмическую активность Алтае-Саянской горной области оказывает близкое расположение активной Байкальской сейсмической зоны. Это показатель того, что на сложной и протяженной границе между Сибирской и Забайкальской плитами до сих пор происходят формирование новых трещин и подвижки по старым трещинам.
Все землетрясения в южной части российского Алтая имеют явное тяготение к разрывным структурам, разделяющим блоки земной коры.  Самое сильное из последних землетрясений произошло на территории Горного Алтая 27 сентября 2003 год в высокогорном Кош-Агачском районе (М=7.5, I0=9-10 баллов).

Повышенное внимание к сейсмической обстановке в Сибири, в целом, и в Тыве, в частности, связано с произошедшими в регионе в течение несколько месяцев двумя сильными землетрясениями в 2011-2012 гг. Первое - с М=6,7 и I0 в эпицентре 8-9 баллов произошло 27 декабря 2011 года, в Каа-Хемском районе республики в 100 километрах восточнее г. Кызыла, на глубине 10 км. Примерно там же, находился эпицентр второго землетрясения М=6-7, которое произошло в регионе 26 февраля 2012 года.

С несколько меньшей  магнитудой землетрясения происходили в российском Алтае - Западном Саяне и ранее.  Три землетрясения немного уступающих Чуйскому землетрясению по энергии: Урег-Нурское -16.05.1970 г. (М=7.0), Зайсанское -14.06.1990 г. (М=6.9) и Бусингольское -27.12.1991 г. (М=6.5).  Гипоцентры очагов местных землетрясений совпадают с границами блоков земной коры. Все зарегистрированные местные землетрясения являются коровыми. Большинство очагов расположено в интервале глубин от 5 до 20 км, но в южной части региона глубина их увеличивается до 18-30 км.

Мониторинг ГГД поля

До 2009 года в Сибирском федеральном округе действовали две специализированные региональные наблюдательные сети: Алтае-Саянская и Байкальская сеть ГГД мониторинга. Алтае-Саянская сеть ГГД мониторинга включала 20 наблюдательных пунктов, расположенных на территориях Республики Алтай, Республики Тыва, Республики Хакасия, Алтайского края, Красноярского края. Сеть была создана в 2006-2008 годах для реализации Международного проекта по ведению совместного ГГД мониторинга РФ и стран СНГ (объект «Организация и проведение гидрогеодинамического мониторинга по изучению сейсмогеодинамического состояния геологической среды территорий Российской Федерации, сопредельных со странами СНГ»).

ФГБУ "Гидроспецгеология" провела работы по организации сети ГГД мониторинга в Алтае-Саянском регионе на основе использования автономных скважинных измерительных средств гидрогеологической информации, адаптированных для обмена данными с центрами сбора и анализа ГГД информации по каналам сотовой и спутниковой связи.

Кроме того, была проведена адаптация автоматизированных телеметрических измерительных комплексов. В результате адаптации, по техническому заданию ФГБУ "Гидроспецгеология", к концу 2006 года впервые были созданы автономные телеметрические станции ГГД-мониторинга: «Логгер-LPC-FLASH» (ООО "Геотехцентр") и «Кедр-ДМ» (ООО "Полином", г. Хабаровск) в сотовом, а в 2007 году «Логгер-LPC-FLASH», «Кедр-ДС» - спутниковом вариантах исполнения. Все станции имеют сертификат соответствия.

К 2008 году пункты наблюдения сети ГГД мониторинга в Алтае-Саянском регионе были оборудованы 20 телеметрическими станциями: 15 комплексов – «Логгер-LPC-FLASH» (из них - 3 спутниковый вариант); 5 комплексов: 2 шт. – «Кедр-ДМ» (сотовый вариант), 3шт. – «Кедр-ДС» (спутниковый вариант).

Байкальская сеть ГГД мониторинга объединяла 24 наблюдательных пункта, расположенных на территории Республики Бурятии и Иркутской области.
На этапе наблюдений (2006-2008 гг.), работы проводились ФГУНПГП "Иркутскгеофизика" (6 скважин), ГУП "Северо-Байкальская геологоразведочная экспедиция" (4 скважины) и ОАО "Селенгео" (14 скважин).
В качестве средств измерения показателей ГГД поля на 15 наблюдательных скважинах ГГД мониторинга Байкальского региона использовались автоматизированный комплекс "Кедр-А2" (разработка ООО «Полином» 90-х годов), позволяющий накапливать измерения в съемном блоке памяти, что требовало ежедекадного посещения скважин для сбора информации и не позволяло увеличить оперативность поступления информации до ежедневной без существенных затрат на транспортные расходы.

В 2008 году ФГУНПГП "Иркутскгеофизика" и ГУП "СБГРЭ" начали модернизацию Байкальской сети ГГД-мониторинга: 4 наблюдательные скважины были оборудованы телеметрическими станциями «Кедр-ДМ» (с сотовым каналом связи), позволяющими передавать данные в автоматическом режиме в центры сбора информации.

На всех 24 пунктах наблюдения Байкальской сети ежечасно проводились измерения уровня, температуры подземных вод, атмосферного давления, но данные электропроводимости подземных вод и температуры воздуха собирались только на 4 пунктах, оборудованных комплексами Кедр-ДМ (старые модификации аппаратуры Кедр (А2 и Д) не имеют соответствующих датчиков).
Оценка состояния сети ГГД-мониторинга Байкальского региона в июне 2009 г. показала, что из 24 ПН действующими являются 10 ПН (6 в Иркутской области и 4 в Северной части Республики Бурятия). На остальных скважинах сети после 2008 г.  наблюдательное оборудование было демонтировано ОАО "Селенгео" и наблюдения не проводились (Республика Бурятия).

Поэтому для восстановления сети наблюдений потребовалось создание новых 14 ПН. Для этого, в регионе был произведён поиск и исследование гидрогеологических скважин на предмет их пригодности для наблюдений за ГГД полем, с учётом оптимального размещение скважин согласно методике ГГД мониторинга. На выбранных скважинах были установлены телеметрические комплексы Кедр-ДМ (ДС), приобретенные за счет собственных средств ФГБУ "Гидроспецгеология".

Подобным образом были модернизированы 6 действующих ПН (3 в Иркутской области и 3 в Северной части Республики Бурятия) путем их оснащения телеметрическими комплексами Кедр-ДМ (ДС), приобретенными также за счет собственных средств ФГБУ "Гидроспецгеология".

Учитывая то, что сеть из 44 скважин формировалась раздельно по регионам (Алтае-Саянскому и Байкальскому), а в 2009-2011 гг. должна была функционировать как единая наблюдательная сеть, планировалось уменьшить "пробелы" между наблюдательными скважинами Алтае-Саянского региона путем переноса аппаратуры с 2-3-х наименее информативных скважин в расположенные ближе к Байкальскому региону. Все эти мероприятия были выполнены ФГБУ "Гидроспецгеология" в ходе работ по объекту в 2009-2011 гг.

При подготовке сильных землетрясений физические процессы в горных породах протекают в значительных блоках земной коры. С помощью полигонных наблюдений методами геофизического и газо-гидрогеохимического мониторинга также имеется возможность контролировать геодинамические процессы, протекающие в исследуемом регионе.

Такие наблюдения, как правило, основаны на регистрации временных и пространственных вариаций - электромагнитного, геомагнитного, электрического поля Земли, земных электрических токов, сейсмических полей, газо-гидрогеохимических полей (концентраций гелия, радона в подземных водах) в стационарных режимных пунктах.

Результаты исследований на геодинамических полигонах используются с целью повышения достоверности и комплексного обоснования прогнозных решений при анализе состояния сейсмогеодинамического состояния недр.
К 2009 году в Сибирском федеральном округе действовало несколько геодинамических полигонов - Тывинский, Красноярский и Байкальский, где на стационарных пунктах наблюдений выполнялся мониторинг геофизических и газо-гидрогеохимических полей.

Тывинский и Красноярский геодинамические полигоны были организованы в 2006-2008 гг.
На 6 режимных пунктах Тывинского геодинамического полигона силами КНИИГиМС, совместно с НП "ЭЦ РОПР" (НП "Экологический центр рационального освоения природных ресурсов) проводилась регистрация сейсмических полей.

В 2-х режимных пунктах - естественных импульсных электромагнитных полей (ЕИЭМПЗ) и на одном газогидрогеохимическом пункте - велись замеры концентраций радона в подземных водах.
Также (силами РОО "Институт электрофизических полей", совместно с НП "ЭЦ РОПР") на 6-ти режимных пунктах Красноярского геодинамического полигона проводилась регистрация сейсмических полей. На 4 пунктах - регистрация естественных импульсных электромагнитных полей (ЕИЭМПЗ), на 4 пунктах – газо-гидрогеохимический мониторинг. Пункты ЕИЭМПЗ и газо-гидрогеохимии были совмещены с пунктами сейсмических наблюдений.

В качестве регистраторов:

Информация с сейсмических станций передавалась в центр обработки в режиме реального времени по каналам Internet и при плановых объездах раз в месяц;
Данные электромагнитного мониторинга передавались в центр обработки в автоматическом режиме с периодичность в 2 часа по каналам GSM, GPRS.
Данные газо-гидрогеохимического мониторинга – ежедневно, оператором по телефонным каналам.

Работы по ведению геофизических наблюдений за состоянием геологической среды в районе оз. Байкал были начаты силами ФГБУ "Иркутскгеофизика" в 1981 году. Мониторинг осуществлялся по сети пунктов с помощью искусственного электромагнитного поля. В качестве источника электромагнитного поля использовалась высоковольтная линия и специальный преобразователь тока. Анализ многолетних наблюдений показал, что применяемая система наблюдений дает возможность контролировать геодинамические процессы только в радиусе первых десятков километров, а для контроля более обширных областей потребуется существенное удорожание работ. Поэтому, наряду с выполняемыми наблюдениями было предложено использовать методы мониторинга естественного электромагнитного поля Земли.
К 2009 году в Байкальском регионе геофизический и газо-гидрогеохимический мониторинг осуществлялся по следующим направлениям:

Учитывая задачу оптимизации сети наблюдений за геофизическими и газо-гидрогеохимическими параметрами в Алтае-Саянском и Байкальском регионах, в первую очередь было необходимо задействовать пункты наблюдений, оснащенные средствами телеметрии, с передачей данных по каналам сотовой и спутниковой связи на сервер ФГБУ "Гидроспецгеология". Это должно было позволить получать данные практически в реальном режиме времени и обеспечить единовременность замеров с данными наблюдений по сети ГГД-мониторинга. Также учитывались те методы наблюдений за геофизическими и газо-гидрогеохимическими полями, пункты наблюдений по которым имелись одновременно и в Алтае-Саянском, и Байкальском регионах.

Такой подход обеспечивает единообразие наблюдений по всему Сибирскому федеральному округу, и дает возможность площадного сопоставления изменения геофизических и газо-гидрогеохимических полей (а не только анализ данных по отдельным пунктам наблюдений).

Также учитывалась совмещенность пунктов наблюдений по разным методам, для одновременного определения разных параметров геофизических, газо-гидрогеохимических, гидрогеодеформационных наблюдений, приуроченных к одной точке наблюдения.

Поэтому, в 2009-2011 гг., для оценки сейсмогеодинамического состояния геологической среды Алтае-Саянского и Байкальского регионов по данным геофизического и газо-гидрогеохимического мониторинга ФГБУ "Гидроспецгеология" были использованы пункты, удовлетворяющие вышеперечисленным критериям оптимизации:

- В Алтае-Саянском регионе - 8 пунктов наблюдений за сейсмическими полями, совмещенных с 6 пунктами ЕИЭМПЗ (наблюдений за естественными импульсами электромагнитного поля Земли) и 4-мя пунктами наблюдений за газо-гидрогеохимическими параметрами (замеры концентраций радона в подземных водах).

- В Байкальском регионе - 2 пункта ЕИЭМПЗ и 2 пункта наблюдений за газо-гидрогеохимическими параметрами (замеры концентраций гелия в подземных водах).
Это позволило создать единую сеть наблюдения за ЕИЭМПЗ и газогидрохимическими полями (концентрациями радона и гелия в наблюдательных водопунктах, скважинах). Оперативные данные наблюдений за сейсмическими полями в Байкальском регионе брались из системы сейсмологических наблюдений Сибирского ГС СО РАН или из Интернет-источников.

В результате выполнения работ в 2009-2015 гг. ФГБУ "Гидроспецгеология" были решены следующие геологические задачи:
1. Оценка сейсмогеодинамического состояния геологической среды сейсмически опасных районов Сибирского федерального округа по данным мониторинга гидрогеодеформационного поля по 44 наблюдательным скважинам.
2. Оценка сейсмогеодинамического состояния геологической среды Алтае-Саянского и Байкальского регионов по данным геофизического и газо-гидрогеохимического мониторинга.
3. Создание геолого-геофизической основы в виде банков данных для подготовки материалов по оценке сейсмической опасности Сибирского федерального округа по состоянию на 01.12.2011 г.
4. Оценка сейсмогеодинамического состояния геологической среды Сибирского федерального округа.
5. Программно-техническое сопровождение автоматизированной системы наблюдений за ГГД-полем в Алтае-Саянском регионе.
6. Подготовка регламентной информации.

Проведена оптимизация режимной сети ГГД-мониторинга Байкальского региона на основе использования современных средств измерений и передачи информации.
Была создана объединённая наблюдательная сеть ГГД-мониторинга Сибирского федерального округа, в количестве 44 пунктов наблюдений (включая 14 новых наблюдательных скважин), оснащенных современными средствами измерений и передачи информации. Организовано ведение геофизического и газо-гидрогеохимического мониторинга с оптимизацией наблюдательной сети геодинамических полигонов (10 ПН наблюдений за "мелкой" сейсмичностью, 8 ПН ЕИЭМПЗ, 6 ПН наблюдений за ГГХ-полем (радон), включая 2 ПН (Гелий)).

Осуществлялась подготовка ежемесячных пояснительных записок и информационных бюллетеней с оценкой сейсмогеодинамического состояния геологической среды и сейсмической опасности территорий Сибирского федерального округа. Согласно техническому (геологическому) заданию данная регламентная продукция ежемесячно передавалась в Сибнедра, Роснедра и ФГУП ВСЕГИНГЕО.
Создан банк данных мониторинга гидрогеодеформационного, геофизических и газо-гидрогеохимических полей Сибирского федерального округа, обновленный по состоянию на 01.12.2016 г. за период 2009-2016 гг.

Были получены фактографические и картографические материалы (ряды наблюдений, таблицы, графики, разрезы, карты-схемы) гидрогеодеформационного поля, геофизических и газо-гидрогеохимических полей, обосновывающие оценку сейсмогеодинамического состояния геологической среды и степени сейсмической опасности территории Сибирского ФО.

Результаты мониторинга


Мониторинг ГГД-поля по Дальневосточному сейсмоактивному региону

Сейсмичность

На Дальнем Востоке высокой сейсмичностью характеризуется Курило-Камчатский регион и остров Сахалин. Менее активны в сейсмическом отношении Верхояно-Колымский регион, районы Приамурья, Приморья, Корякии и Чукотки, хотя и здесь возникают достаточно сильные землетрясения.

Камчатка является северным звеном Курило-Камчатской дуги, где сейсмичность достигает почти наивысшего на Земле уровня. Здесь находится один из крупных тектонических узлов мира — пересечение Курило-Камчатской, Алеутской островных дуг и сейсмического пояса, протягивающегося сюда через Якутию из Северного Ледовитого океана, и один из наиболее мощных магматических центров мира - Ключевская группа вулканов. Здесь велика опасность всех главных стихийных бедствий, вызванных подземными силами, — землетрясений, цунами, извержений вулканов. В прогнозе этих явлений ведущая роль принадлежит сейсмологическим наблюдениям. При столь высокой сейсмичности совершенно необходимы научно-прикладные исследования по сейсмическому районированию, сейсмическому микрорайонированию, изучению силы и спектра колебаний при больших землетрясениях, сейсмическому прогнозу.

Курило-Камчатская зона является классическим примером субдукции Тихоокеанской литосферной плиты под материк. Она протягивается вдоль восточного побережья Камчатки, Курильских островов и о-ва Хоккайдо. Здесь возникают самые крупные в Северной Евразии землетрясения с М более 8.0 и сейсмическим эффектом I0=10 баллов и выше. Структура зоны четко прослеживается по расположению очагов в плане и на глубине. Протяженность ее вдоль дуги около 2500 км, по глубине - свыше 650 км, толщина - около 70 км, угол наклона к горизонту - до 50о. Сейсмический эффект на земной поверхности от глубоких очагов относительно невысок. Определенную сейсмическую опасность представляют землетрясения, связанные с активностью Камчатских вулканов (1827 г., при извержении Авачинского вулкана интенсивность сотрясений достигала  6-7 баллов). Самые сильные (М=8.0-8.5, I0=10-11 баллов) землетрясения возникают на глубине до 80 км в сравнительно узкой полосе между океаническим желобом, Камчаткой и Курильскими островами (1737, 1780, 1792, 1841, 1918, 1923, 1952, 1958, 1963, 1969, 1994, 1997 гг. и др.). Большинство из них сопровождалось мощными цунами высотой 10-15 м и выше. Наиболее изучены Шикотанское (1994 г., М=8.0, I0=9-10 баллов) и Кроноцкое (1997 г., М=7.9, I0= 9-10 баллов) землетрясения, возникшие у Южных Курил и восточного побережья Камчатки. Шикотанское землетрясение сопровождалось волной цунами высотой до 10 м, сильными афтершоками и большими разрушениями на о-вах Шикотан, Итуруп и Кунашир. Погибли 12 человек, причинен огромный материальный ущерб.

Сильнейшее землетрясение, за годы детальных сейсмологических наблюдений, начиная с 1961г., зарегистрировано в районе Камчатки (в Охотском море, к западу от полуострова Камчатка) 24 мая 2013 года с магнитудой МW = 8.3. Эпицентр землетрясения находился ~ в 360 км к северо-востоку от г. Петропавловска-Камчатского. Землетрясение произошло на глубине 630 км, что соответствует предельному диапазону глубин для сейсмических событий. Оно сопровождалось последовательностью афтершоков, что нетипично для столь глубоких землетрясений. И хотя негативных последствий не зафиксировано, по данным Геофизической службы РАН (ГС РАН) землетрясение ощущалось не только в Камчатском крае. Его ощущали жители Южно-Сахалинска, Охи, Магадана, Хабаровска, Благовещенска, Красноярска, Новосибирска, Томска, Кемерово, Казани (до 2-3 баллов). В  Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде, Самаре, Калуге интенсивность сотрясений достигала  2 баллов.

Сахалин представляет собой северное продолжение Сахалино-Японской островной дуги и трассирует границу Охотоморской и Евразиатской плит. До катастрофического Нефтегорского землетрясения (1995 г., М=7.5, I0=9-10 баллов) сейсмичность острова представлялась умеренной и до создания в 1991-1997 гг. нового комплекта карт общего сейсмического районирования территории России (ОСР-97) здесь ожидались лишь землетрясения интенсивностью до 6-7 баллов. Нефтегорское землетрясение было самым разрушительным из известных за все время на территории России. Погибло более 2000 чел. В результате полностью ликвидирован рабочий поселок Нефтегорск. Можно полагать, что техногенные факторы (бесконтрольная откачка нефтепродуктов) сыграли роль спускового механизма для накопившихся к этому моменту упругих геодинамических напряжений в регионе. Монеронское землетрясение (1971 г., М=7.5), произошедшее на шельфе в 40 км юго-западнее о-ва Сахалин, на побережье ощущалось интенсивностью до 7 баллов. Крупным сейсмическим событием было Углегорское землетрясение (2000 г., М=7.1, I0 около 9 баллов). Возникнув в южной части острова, вдалеке от населенных пунктов, оно практически не принесло ущерба, но подтвердило повышенную сейсмическую опасность Сахалина.
Приамурье и Приморье характеризуются умеренной сейсмичностью. Из известных здесь землетрясений пока только одно на севере Амурской области достигло магнитуды М=7.0 (1967 г. I0=9 баллов). В будущем магнитуды потенциальных землетрясений на юге Хабаровского края так же могут оказаться не менее М=7.0, а на севере Амурской области не исключены землетрясения с М=7.5 и выше. Наряду с внутрикоровыми, в Приморье ощущаются глубокофокусные землетрясения юго-западной части Курило-Камчатской зоны субдукции. Землетрясения на шельфе нередко сопровождаются цунами.

Чукотка и Корякское нагорье еще недостаточно изучены в сейсмическом отношении из-за отсутствия здесь необходимого числа сейсмических станций. В 1928 г. у восточного побережья Чукотки возник рой сильных землетрясений с магнитудами М=6.9, 6.3, 6.4 и 6.2. Там же в 1996 г. произошло землетрясение с М=6.2. Самым сильным из ранее известных в Корякском нагорье было Хаилинское землетрясение 1991 г. (М=7.0, I0=8-9 баллов). Еще более значительное (М=7.8, I0=9-10 баллов) землетрясение случилось в Корякском нагорье 21 апреля 2006 г. Больше всего пострадали поселки Тиличики и Корф, откуда было эвакуировано свыше полутысячи жителей аварийных домов. Благодаря редкой заселенности, погибших не было. Подземные толчки ощущались в Олюторском и Карагинском районах Корякии. В результате стихии пострадали несколько деревень.

Мониторинг ГГД поля

На территории Дальневосточного округа  специализированная региональная сеть для целей прогноза сильных землетрясений была организована  в 1987 году. В девяностых годах, из-за недостаточного финансирования работ, дальнейшее развитие ГГД-мониторинг не получил. До 2002 г. в Дальневосточном федеральном округе сеть ГГД-мониторинга состояла из 14 пунктов наблюдений, в том числе: на территории Хабаровского края – из 2-х, Амурской области - из 2-х, Приморского края - из 2-х, Камчатской области – из 3-х, Сахалинской области – из 6-ти, ЕАО – из 1.

За период 2002-2005 гг. наблюдательная сеть ГГД-мониторинга расширилась до 29 пунктов, в том числе: на территории Хабаровского края – 8, Амурской области- 4, Приморского края - 2, Камчатской области – 5, Сахалинской области – 9, ЕАО – 1. С 2008 года и по 2011 г. количество наблюдательных пунктов составило 33: на территории Хабаровского (8 скважин), Приморского (3 скважины) и Камчатского (7 скважин) краёв, Сахалинской (9 скважин) и Амурской (5 скважин) областей и Еврейской автономной области (1 скважина). Из них, в 2008 году, в строй действующих были введены: 1 скважина в Амурской области, 1 скважина в Приморском крае, 2 скважины в Камчатском крае.

В 2012-2014 гг. были введены в эксплуатацию 10 новых скважин и к 2014 г. количество наблюдательных пунктов составило 43: на территории Хабаровского (12 скважин), Приморского (5 скважин), Камчатского (8 скважин) краёв, Сахалинской (10 скважин), Амурской (6 скважин) областей и Еврейской автономной области (2 скважины).

Для введения новых пунктов гидрогеодеформационного мониторинга в 2006-2014гг. предполагалось использовать существующий фонд гидрогеологических скважин в соответствии с :

  1.  с планом развития гидрогеодеформационного (ГГД) мониторинга, разработанного ВСЕГИНГЕО, по разделу «Системного проекта по развитию Федеральной системы сейсмологических наблюдений (ФССН)»;
  2.  ревизии существующего фонда гидрогеологических скважин и скважин иного назначения;
  3. анализа материалов сейсмогеологического районирования (ОСР-97) и геолого-технической документации по скважинам.

В выбранных скважинах проводилось обследование технического состояния, которое включало в себя: измерение глубины скважины; определение глубины залегания уровня подземных вод; выяснение состояния обсадной колонны; определение наличия гидравлической связи водоносного горизонта со скважиной; установление типа подземных вод, степени инерционности водоносного горизонта, наличие . Информативность выбранного объекта с целью контроля над геодинамическими процессами оценивалась по реакции уровня подземных вод на возмущения, вызываемые лунно-солнечными приливами.

В связи с тем, что имеющийся фонд скважин не отвечал требованиям наблюдательных скважин для ГГД-мониторинга - найти, расконсервировать и подготовить для наблюдений скважины из числа уже существующего фонда удалось не для всех наблюдательных пунктов в соответствии со схемой расположения наблюдательных скважин Тихоокеанского региона России по «Системному проекту развития ФССН».
Из-за отсутствия скважин удовлетворяющих требованиям проведения мониторинга ГГД-поля были рассмотрены альтернативные варианты мест расположения наблюдательных пунктов.

Данные результатов обследования направлялись во ВСЕГИНГЕО, для получения заключения о включении пункта наблюдения в специализированную региональную сеть для проведения наблюдений с целью сейсмопрогноза. После признания объекта наблюдения пригодным для организации режимных наблюдений, пункт оборудовался защитным сооружением и средством измерения.

Геодинамические полигоны (геофизический и газгидрогеохимический мониторинг) были созданы  и введены в эксплуатацию в 2006-2008 г. геодинамические полигоны направленные на оценку и прогноз изменений состояния геологической среды на территории с высокими сейсмическими рисками районов городов Петропавловск-Камчатского (Петропавловск-Шипунский) и Южно-Сахалинска (Южно-Сахалинский).
В 2014 г. организован Хабаровский геофизический полигон на территории районов г. Хабаровска, хотя он и менее активен  в сейсмическом отношении, но и здесь возникают достаточно сильные землетрясения (в будущем магнитуды потенциальных землетрясений на юге Хабаровского края, так же могут оказаться не менее М=7.0).

На каждом из полигонов оборудовано семь пунктов сейсмомониторинга оснащенных сейсмологическими комплексами «Дельта-Геон», три пункта электромагнитного мониторинг оснащенных приборами «МГР», и на Петропавловск-Шипунском и Южно-Сахалинском полигонах по одному  пункту газгидрогеохимического мониторинга.

При организации мониторинговой сети геофизического мониторинга пункты сейсмической сети совмещались со станциями регистрации электромагнитной эмиссии (ЭМИ). Места расположения пунктов режимных наблюдений отвечают следующим требованиям:
1.         Минимум сейсмических помех при наличии коренных пород для установки сейсмических датчиков;
2.         Минимум электромагнитных помех (линии электропередач, сильные импульсные электрические источники);
3.         Наличие стабильных источников электроэнергии для питания аппаратуры;
4.         Инфраструктурная доступность (наличие дорог, помещений);
5.         Наличие устойчивых каналов связи (телефон, рация, спутниковый канал);
6.         Возможность использования в качестве операторов местных жителей;
7.         Возможность информационного обмена геофизическими и другими действующими в регионе мониторинговыми системами.

Для конкретного выбора пунктов установки сейсмостанций в намеченных пунктах был проведен комплекс полевых работ с целью определения местного уровня микросейсмического фона, уровня техногенных помех, определения минимального энергетического класса, регистрируемого в данном месте. Уровень фона для данного пункта наблюдения сравнивался со средним уровнем, характерным для данного района исследования, и уровнем информативных сейсмических волн землетрясений, регистрируемых в данном районе. Благоприятным отношением уровня сигнала Ac и помехи Ап считается Ас/Ап>3. Данные работы проводились с применением полевых сейсмических станций «Дельта-Геон», не требующих подготовку специальных мест для установки, а так же комплекта МГР.

В сейсмически активных областях, к которым относятся районы Петропавловск-Шипунского (Камчатский край) и Южно-Сахалинского (Сахалинская область) полигонов для изучения физических, тектонических и геодинамических процессов, являющихся предвестниками землетрясений, используются также  режимные наблюдения за содержанием радона и гелия в водных источниках.

Определение содержания гелия и радона в пробах воды проводиться с 2008 года в двух точках: одна точка на Петропавловск-Шипунском полигоне, другая – на Южно-Сахалинском полигоне.

Для организации наблюдений, за изменениями глубинной составляющей радона и гелия, выбирался водоносный комплекс. Так как водоносный комплекс является активной геологической средой, которая может рассматриваться в качестве природного объемного деформографа, способного реагировать на любые внешние воздействия, аккумулирую и преобразуя эти воздействия (механические, электромагнитные, тепловые и другие в геохимический отклик, в данном случае, в изменения эманации радона и гелия. С этой целью на территории мониторинга выбирались наблюдательные скважины с ненарушенным режимом.

Результаты мониторинга

 


Система информационного обмена данных мониторинга ГГД-поля

ИС представляет собой Web-приложение, обеспечивающие организованный сбор отчетной продукции мониторинга состояния гидрогеодинамического поля. ИС служит для оперативного обмена и регистрации поступающих данных о состоянии ГГД-поля. Авторизованные пользователи являются операторами системы, осуществляющие сбор, контроль качества и обработку поступающей информации. Неавторизованным пользователям доступна информация о наличии поступивших данных за отчетный период.

Вход