Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гидрогеологические эффекты современных движений земной коры асейсмичных областей (на примере Припятского прогиба)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Гидрогеологические эффекты современных движений земной коры асейсмичных областей (на примере Припятского прогиба)"

Р Г О О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

7 ч 15Л1 -> - - ПО ВЫСШ.ОГ ОБРАЗОВАНИЮ

и ^ ¡"¿иII ¡«^и

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ АНАДЕШЯ

На правах рукописи

УДК 550.348.556.313 (575.2)

ГУМЕН Александр Михайлович

ПЩРОГСОЛОШЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СОВРЕМЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОГЫ АСЕИСМИЧШХ ОБЛАСТЕЙ (НА ПРИМЕРЕ ПРИПЯТСКОГО ПРОГИБА)

04.00.06 - Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации нй соискание ученой степени кандидата геолого-минералогическмх наук

Москва 1993

Работа Бшолиена в Гомельском государственном ушшоситоте им. Ф.Скор~ни.

Научшй руководитель! доктор геолэго-минералогических наук,

профессор И.Г.Киссин

Сфацаальшв оппоненты1

доктор геолого-шнералогшшсяих наук Г.И.Войтов

кандидат геолого-шшералогических наук В.В.Перцовский

Ведудая оргаквзЕция« Инстиут геологи!, геохимии и геофизики

АН Беларуси

Задитг состоится " " 199З р. в_часов

на заседает специализированного Совета К 063.55.04 при Московской государственна геологоразведочной академии, ¿дрес! 117485 Ыосква, ул Ыщсдухо-Мавдая. 23.

С д; :сертащшй мошга сзыакоматься в библиотеке академии.

Автореферат разослан "/5 "иг » 1393 г.

Ученый секретарь специализированного Совета канд. геол.-мин. наук

В.П.Кононов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы определяется необходимостью всестороннего изучения современных геодинамических процессов, особенно в пределах тектонически активных участков вемной коры. Разработка новых методов исследовании этих процессов позволяет приблизиться к решению таких крупных задач, как изученье и контроль напряженно-деформированного состояния среды, прогнозирование сейсмической опасности, определение влияния современных движений земной коры на подземные воды и др. Применительно к 5гам задачам ванное место наряду с геофизическими методами принадлежит развш.ащемуся в последнее время методу гидрогеодинамических наблюдений, перспективность которого доказана при поисках предвестников землетрясений во многих сейсмоактивных регионах. В часгносп, установлено, что гид-рогеодинамические показатели весгга чувствительны к изменениям напряженно-деформированного состояния среды, обусловленным сейсмотектоническими процессами. Необходимость проведения подобных исследований назрела и в асейсмичных районах, в частности, в Припят-ском прогибе, где достоверно установлен" активные современные тектонические процессы, проявляющиеся в движениях земной поверхности и временной изменчивости геофизических полей. Гидрогеодинамические наблюдения призваны дополнить существующую геодинамическуи информацию за счет изучения быстрых тектонических процессов, регистрация кото: ¡х затруднена геодезическими методами. Очевидна актуальность гидрогеодинамических наблюдений и с гидрогеологической точки зрения, поскольку активные перестройки поля напряжений и деформаций могут отражаться ш ресурсах и качестве подземных вод, а также режиме эксплуатации нсч'/яных и водозаборных сквашн, что необходимо учитывать при решении традиционных гидрогеологических задач.

Цель работы- Выявление и изучение гидрогеодинамических эффектов изменения напряженно-деформированного состояния среда как индикаторов современных геодинамических процессов на тектонически активных участках Принятского прогиба. Для достижения этой цели необходимо было создать наблюдательную сеть на различных пг тектонической активности участках Припятского прогиба, а также совершенствовать методику наблюдений и обработки данных для выделения сигналов, отражающих деформации среди, применительно к усювиям асейсмичной зоны. •

Методика исследований включала выбор и оборудование наблюдательной сети, проведение полевых режимных гидрогеодинамических

1блюдоний, математическую обработку и обобщение экспериментальных ,,чанных.

Фактический материал получен автором диссертации в процессе режимных гадрогеодянамических наблюдений с 1986 по 1991 г.г. по восьми скважинам, расположенным в северо-восточной и прибортовой зонах Припятского прогиба. В работе также использованы фондовые и опубликованные материалы по гидрогеологии и современной геодинамике Припятского прогиба.

Научная новизна. 1.Впервые дая территории Припятского прогиба организованы и проведены длительные прецизионные измерения уровня подземных вод, позволившие изучить гидрогеодинамические явления, обусловленные вариациями атмосферного давления, земными приливами, современными тектоническими процессами, вибрационными сейсмическими воздействиями. Впервые для данной территории изучены закономэр-ности режима подземных вод зоны затрудненного водообмена.

2. Проведены детальные исследования особенностей барометрических и земноприливных вариаций уровня подземных вод. Установлены нелинейные зависимости амплитуд семи основных составлявших земноприливных вариаций уровня от соответствующих значений приливообра-зумвго потенциала и объемных приливных деформаций, выявлена изменчивость параметров приливной и барометрической эффективности во времени, отражащая изменения напряженно-деформированного состояния среды.

3. Установлено, что уровенный режим подземных вод тектонически активных участков подвержен влиянию современных деформационных процессов, полученные результаты позволили обнаружить быстрые (в течение час-в-дней-недель) тектонические движения. Эти результаты указывают на большие возможности падрогеодашамического метода при изучении таких движений.

3: лишаемые положения. 1. Современные движения земной коры асейсмичных областей и, в частности, Припятского прогиба могут оказывать существенное влияние на режим подземных вод, что необходимо учитывать в практике гидрогеологических исследований. 2. Специализированные гидрогеодинамические наблюдения могут служить аффективным инструментом для изучения современной тектонической активности территории, при 8том наибольшую значимость приобретает возможность изучения быстрых тектонических движений, недоступных для изучения традиционными геодезическими методами. Использование гидрогеодинаклческого метода в этих целях особенно важно при reo-

динамическом мониторинге на участках АЭС и других сложных инженерных сооружений.

Практическая значимость заботы. Выполненные исследования показали, что гидрогеадинамичвский метод в комплексе с геодезическими измерениями моает использоваться для изучения современных движений земной коры и контроля напряженно-деформированного состояния среда. Полученные данные указывают на необходюлость учета современных тектонических процессов при традиционных гидрогеологических исследованиях, а тагом на важность изучения гидрогеодинамических эффектов асейсмичной природа при сейсмопрогностических наблюдениях. Предложенная конструкция уровнемера iv отработанные методические приемы прецизионных уровяемэгричэских измерений могут широко использоваться при мониторинге окружающей среды, исследованиях режима подземшг вод на государственной наблюдательной сети, что позволит повысить информативность и достоверность получаемых данных.

Апробация работа. Результата исследований докладывались в 1937-1993 гг на научных семинарах геологического факультета ГГУ им. Ф.Скоршш, отдела экспериментальной геофизики Института физики ЗЭ1.Ш1 РАН, Опытно-методической партии Института геохимии и геофизики АН РБ, Всесоюзном научно-техническом семинаре "Гидрогеологические про две стилки землетрясений и методика организации рекшных наблэдзний в сойсмоопасшп районах" (Гурзуф, 1989), < Международном симпозиуме "Новые достижения по геотерш-песким исследованиям в скваатах" (Потсдам, 1S93), ш-м республиканском совещашш по современным геологическим и геоморфологическим процессам (Минск, 1993).

Основные положения диссертации изложены в 8 статьях и научном отчете.

Структура л объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав н заклвчвшя, содэрзит 129стр. машинописного текста, 36 рисунков, 12 таблиц, сщсок литературы из 123 наименований.

Автор искренне благодарен научному руководителю доктору геол.-шнер. наук И.Г.Киссчну за ценные советы и Постоянную поддэргшу в процессе исследований, о такяа кандидату геол.-манер, наук

A.П.Шшчуку постоянное внимание к работе. Автор глубоко признателен кандидатам физ.-мат.наук В.Л.Барабанову, А.0.Гриневскому,

B.А.Малупшу, кандидатам геол.-минер, наук Ж.А.Герасимовой, H.A.Журавли, сотрудникам кафедры геофизики ГГУ М.Г.Верутану, Л.Л.Федосенко, за творческое сотрудничество.

б

Содержание работы Глава 1. Состояние проблемы и постановка задачи

Рассматриваются основные теоретические и вкспериментальные исследования связи напряжащю-деформярсзанного состояния среда и гидрогеологических показателей. Пршэдены зависимость Терцаги, дифференциальное уравнение упругого режима фильтрации при изменении внешней нагрузки на поверхность водонасыщевного пласта (В.М.Шестаков, 1972), уравнения фильтрации в условиях воздействия на плас!" Объемных СИЛ (ß.Bodvarson, 1970, J.Rice, M.Cleury, 1976). Приводятся примеры указанной связи при рассмотрении таких процессов и явлений как земные приливы, изменения атмосферного давления, излучение упругих волн из очагов землетрясений и мощных взрывов. Характер наблвдаемых при атом гидрогеодинамических реакций зависит на только от величины внешнего атргетического вклада, но и от конкретных характеристик массивов горных пород, близости разрывных нарушений, т.е. определяется тензо':увствительностью среды. Отмечается, что подверженность динамического резкима подземных вод влиянию изменений напряженно-деформированного состояния среда обусловлена сильнсЛ чувствительность» пористости и проницаемости горных пород к этим изменениям.

Анишз существующих литературных данных о влиянии на подземные воды современных асэйсшгшых тектонических процессов показывает слабую изученность данного вопроса, причем вкспериментальные работы такого рода проводились тс*ькс в сейсмоактивных регионах. Разнообразие по амплитудам и длительности гидрогеодияамические эффекты криповых смещений впервые были зафиксированы нв разломе Сан-Аидреас (СЯМ)(а.Johneon et ai., 1973 и др.). Полученные экспериментальные данные были использованы в дальнейшем для псстроения и анализа теоретических моделей рассматриваемых процессов (E.Roeloffe et al., 1986, J, Rudnicky et al., 1939 И Др.). СВЯЗЬ уровенного режима подземных вод с современными вертикальными движениями земной кора была установлена на Северном Тянь-Шане (И.Г.Киссин, Э.Э.ОролГчев, 1986). Данными работами показана перо-s пективнсстъ использования метода гидрогеодинамических наблюдений для изучения совремеяных движений земной коры. Исследования на разрабатывающихся нефтяных месторождениях Азербайджана показали, что изменение тегаов и знака современных вертикальных движений оказывает существенное влияние не пластовое давление и величину

нефтеотдачи (Д.А.Лглиенберг, О.Д.Гусейн-Заде, 1980). Влияние новейших движений земной коры на ридрогеоданамическое и гидрогеохимическое поля отмечены для некоторых областей (И.МЛ'ихайлов, 1969, Л.И.Капченко, 1972, А.Е.Ходьков и др., 1972, О.В.Егоров, 1976, Б.В.Боревский и др., 1983). Анализ временных вариаций гидрогеологических показателей на обширных территориях позволил сфбрмулиро-влть понятие о гидрогеодеформащюнном поле Земли (Г.О.Вартааян, Г.В.Куликов, 1982). Однако специальные чсследовчния гидрогеологических эффектов современных движений зечяой коры в асейсмичных регионах до последнего времени не провозись. Поэтому постановка инструментам них гидрогеоданамиче ских вгблвдввий весьма актуальна для тектонически активных участков платформенных областей н, в частности, для Прпштского прогиба. Настоящая работа предусматривала решение слэдущих задач«

1. Опробовать и усовершенствовать существующую методику прецизионных уровнеметрических измерений л обработки даннис применительно к условиям Прпштского прогиба.

2. Выполнить наблюдения за уровнем подземных вод на участках о различными гидрогеологическими и геодинамическими условиями.

3. Исследовать основное закономерности ,ровенного режима подземных вод, обусловленные действием различных режамообразупцих факторов.

4. Выявить гидрогеодинамическле эффекты, связанные с изменениями напряжг-лно-деформированного состояния среды и рассмотреть возможные механизмы такой связи.

5. Оценить возможности гидрогеоданамического метода изучения современных движений 8с'.:>:эй коры.

Глава 2. Геолого-гидрогеологические условия

и современные геодинамические процессы Припятского прогиба

Район исследований расположен в пределах северо-восточной части Припятского прогиба и примыкающего с севера нрибортового участка. Главными чертами строения и развития Припятского палеорифгга являются« грабенообразная морфология, блоковое строение фундамента, наличие краевых я внутренних разломов типа листрических сбросов мантийного заложения, проявление щелочно-базальтового магматизма, повышенные величины совремешого теплового потока, высокая современная тектоническая активность. Последние геофизические данные указывают на воздымание поверхности Мохо по мере приближения к

..-огкбу с севера и юга и свидетельствуют о наличии интервалов раз: шютнешш вещества литосферы в северной зоне прогиба (Р.Г.Гарец-хий, Р.Е.Айзберг, 1987). Ступенчатая стуктура фундамента, залегающего на глубинах 500-6200 м и амещего архейско-среднепротерозойс-кий возраст, определяется развитием глубинных высокоамшштудных (0,2-4 км) разломов субширотного простирания. Их влияние прослет-вается и в строении осадочного чехла. Последний представлен образованиями верхнего протерозоя, палеозоя, шгозоя и кайнозоя.

Ыноголекие повторные нивелщювния, грали- и магнитометрические исследования выявили высокую современную тектоническую активность Пршятского прогиба и особэнко его северной структурной зоны (В.А.Сидоров, 1984). Как правило, геодкпЕмзческйе аномалии проявляются над границвш блоков в узких (шириной 1,5-2 км) зонах. Величины градиентов вертикальных даюэьий земной поверхности достигают 15-20 мм/км год, а изменения гравитационного ж геомагнитного полей- соотв^ственно 0,15-0,20 мГал/год и 8-12 нТл/год. Свэто-дальномерннми наблюдениями зафиксированы и существенные горизонтальный блоковые движения-, при которых относительные дефор&ацзи достигают 10~5/год. Выявлена последовательная смена во вреызнп процессов горизонтальього сжатия и растяжения. Такие изменения гэ-одинамических параметров характерны для сейсмоактивных рэгаюнов. Наиболее устойчивые периода активизации современных движений сос--авляют 1-2 и 3,5-4 года (В.А.Сидоров и др., 1984). Предполагается, что существует и более быстрые движения,

В гидрогеологическом отношении район исследований относится к северо-восточной части Припятского артезианского бассейна, в пределах которого распространены водоносные горизонты и комплексы от четвертичных до надбатской части юрских отлогэний (верхний гядро-геологический этаж), подбатских юрских, триасовых, перлских, каменноугольных и надсолевых девонских отложений (средний гидрогеологический этак) , иексолевых и подсолевнх отложений, водоупорные верхнюю и нижнюю соленосные толща, а' тает» водоносный вошшсс верхнелротерозойиьа: отложений и пород щисталлического га

(ншний гщцгагеологический этаз).

Проведанный в настоящей работе анализ шказал, что нЕОвддешя субширотная зональность. современной тектонической активности в общих чертах отражается в распределении гидрогоологическшс по.газате-лей. Это ыошо объяснить приуроченностью участков шпшшос современных движений к зонам глубинных разломов, высокая прошцаеиость

которых во многом обусловлена их геодинамической активностью. Предыдущими исследователями показана роль неотектоничвских и современных движений земной коры в заболоченности территории Припятско-го Полесья (Б. Л.Дичков, 1924), восходящей разгрузке напорных вод (Г.В.Богсмолов, М.Ф.Козлов, 1967), изменении уклонов речных русел (А.В.Ыатвеев и др., 1980 ), распределении геотермических параметров (А.П.Пинчук и др., 1Э801 В.А.Сидоров И.др., 1984).

Нами исследовано распределение температуры с глубиной по данным 931 замера в скважинах (данные Л.А.Цабули, П.П.Атрощенко я производственных организаций). Средние значения температур дли срезов глубин 1000, 2000, 3000 и 4000 и составляют соответственна 28, 44, 60,76° С (северная зона), 24, 37, Б1, 65°С (центральная зона), 21, 32, 43, Б4°0 (южная зона), т.в наиболее активная в гео-динамическок отношении северная структурная зона является и наиболее прогретой. Построенная нами с использованием регрессионного анализа карта температурных аномалий цадсолевого девонского комплекса Еыявила их очаговый характер в северной зона прогиба, где ярко проявляются две интенсивные аномалии вэличиной 8°0. Их центры пространственно совпадают с Алекеандровско-Борщэвской а первомайской структурами, контролируемыми глуошшыш разломами о аномальными параметрами современных тектонических движений.. По мнению ряда исследователей (Г.В.Богомолов, А.П.Пинчук, 1972, А<.В.Кудельский, В.М.Бурак, 1982), дифференциация тещ.ового ноля Пршктского прогиба определяется значительным вкладом конвективной составляющей глубинного теплового потока в северной зона. Повышенная конвективная поставляющая, в свою очередь. Moser бить обусловлена большей проницаемостью глубинных чаотой земной кора в этой зоне за счет высокой геодинамической мобильное-га.

Северная структурная вша характеризуется к наибольшей гидродинамической активностью, проявляющейся в горизонтальных , градиентах приведенных напоров (А.П Лавров и др., 1977), широким развитием в пределах разломил* воц резервуаров о аномально высокими и аномально низкими шиотовыш давлениями. Повышенная проницаемость зешой коры ср?«ркой зоны подтверждается д гидрогеохимическими данными, свидйч'льотвущим» о" многочисленных очагах глубинной разгрузки подземных вод. Эти очага' фиксируются в приповерхностных водоносных горизонтах я тяготеют к участкам Северного краевого, Александровского и Речицкого глубинных разломов, характеризующихся аномальными геоданамическими параметрами. Выполненные наш гелие-

метрические работы в восточной части Пршятского прогиба подтвердили глубинную природу очагов разгрузки и показала высокую информативность водногелиевой съемки при геодинамическом обследовании территории.

Глава 3. Методика прецизионных гидрогеодинамических измерений и обработки данных

Постановка и выполнение режимных гидрогеодинациче&шх наблюдений предусматривала проведшие оледущих мероприятий«

1. Изучение данных по режимной наблюдательной сети и уровеному ре жиму подземных вод в Припятскоы срогибе.

2. Шбор наблюдательной сети, основанный на учете структурно-тектонических, геодивамичеисих и гидрогеологических данных.

3. Оборудование наблюдательной сети и проведение режимных наблюдений о требуемой точностью о частотой измерений.

4. Статистическая обработка материалов наблюдений и иьтерпретация полученных результатов.

Проведенный анализ существующих данных, полученных вз государственной соти релзшных наблвдешй, выявил низкую информативность последних для изучения тонкой временной структур» гидрогзодинами-ческоп поля вшду невысокой точности и малой частоты измерений. Кроме того, подавляющее большинство наблюдательных скважин вскрывает неглубокие водоЕОсдые горизонты, режим которых подвержен влиянию поверхностных факторов. Чоегшу оптимальные глубины исследований бс. . .[ выбраны в диапазон 200-600 ы, отвечащим условиям нижней чао;., зоны активного водообмена и зона ватрудаенного водообмена. В этих условиях яа значительном удалении от крупных водозаборов режим подземных вод близок в естественному. Для нападений использовались скважины бальнеологического назначения в зоне геода-намически активного Поверо-Дяопровсного краевого рздлоаа (участки Васильевка и Алые паруса) и рцецаальцо цробурэнздэ сквшишн в пределах Александровско-Борщэвской структур* (участок Бордавка), в также ва пределам« Црпчштского прогиба (участок Чащш).

Регистрация уровня подземных юд ооущас?вдялаоь посредством уровнемеров непрерывного действии о различными тащома чувствительной сиоитемы« -шадунтиадо-вмкоотной Датчщ УЭСМ систеш ОКБ ГШ Ail Аз ССР и маномвшгавсктй датчик ДЦ-6 (ВСЕГИНГЕО) о порогом чувствительности соответственно 0,2 и 0,5 мм. Регистрация выходного сигнала производилась на свмопшущих вольтметрах Н-3012. Кроме то-

го, автором диссертации был разработан и опробован уровнемер поплавкового типа, в которой, в отличив от аналогичепих устройств типа "Валдай" и ГР-38 о грубой системой преобразовали перемещений поплыша в движение ■ перописца, применена веоьма чувствительная пч-родаточная система и часовой механизм от серийно выпускаемого дешевого термографа Ы-1Б АН. Порог чувствительности уровнемера составляет 1 мм при глубина уровня вода до В ы. Другие достоинства состоят в проотсте конструкции, высокой яадеягтоота, инди$ферент-ности к изменению метеоусловий,. возмогшоти изменения диапазона измерений. Уровнемер позволяет проводи?' яаблвдеяия на удаленных от электросети скважинах.

Синхронно с уровнемэтрическими наблюдениями проводилась регистрация атмосфернс ?о • давления на барографах М-22АН с основной погрешностью нэ более - 0,5 гПа. Полученные ряда наблюдений с штор-валом дискретизации 1ч подвергались обработке на ПЭВМ о использованием корреляционного, регрессионного, спектрального аннализов, методов цифровой фильтрации. Такая обработка проводилась с целью компенсации помех (составляющих хода уровня- обусловленных гидрометеорологическими факторами) и выделения полезного сигнала (вариаций уровня, вызванных изменениями напр/^еыо-дбформлрованного состояния среда). Широко использовалась программа компенсации И.В.Савина и В.Л.Борабанова, модифицированная авторов настоящей работа. Наряду о процедурами снятая тренда, синтеза компенсирующего фильтр* и собственно компенсации, программа производит расчет коэйвдиёлта барометрической эффективности по последовательным заданным временным интервалам в пределах длинного ряда наблюдений.

Глава 4. Особешос;;и естественного режима подземных юд применительно к исследованиям современных геодинамических пвцзссов

Анализ сушоствущах данных по рехяму подавших вод т&рритории исследований показал, что наиболее изучен реяим грунтовых и первых" с-: поветшюсти напорных вод, слабее - рваим нижней части саны активного водообмена, а данные по режиму подземных вод низших гидрогеологических этажей отсутствует вовсе.

По Н.Ф.Козлову, к основным рвкимообразупщам факторам относятся метеорологические (атмосферные осадаж, измояэшя темцератгры и влажности воздуха) в гидрологический факторы. Вшшнёзный ваш анализ данных многолетних наблюдений в неглубоких рвяимных скваки-

пах выявил сшгьнув инерционность годзешшх вод к влиянию метеорологических ©акторов, которое проявляется лишь в долгопериодной (сезонно-шоголоиим) диапазона вариаций уровней, Глубокие водоносные горизонта практически не юдвераэны влиянию метеорологических факторов, которое при необходимости кошт б4ть легко учтено при наличии Даши; по ражиму пеглубоких дадзамшд вод. Наиболее мощным рэишообразущим фактором является гидрологический. Его влияние проявляется в циклах сезонных колебаний уровней подземных вод, ослабевая по мере удаления скваиш от рэчннх пойл тч с возрастанием глубина валэганад водоносного горизонта. Детальное исследование воздействия гидрологического фактора на рахзш грунтовых и напорных водоносных горизонтов было проведено на участка Чеяки. Прецизионная уровнаматрия выявила устойчивое во времени соотношение амплитуд сазошшх вариаций давней гадзешшс ш поверхностных под. Кроме того, установлено запаздывание (от 3 до 10 суг) подъемов уровней грунтовых вод относительно паводков на p.Cos и отсутствие видалого запаздывании для различных га глубине напорных водоносных горизонтов. Исходя из втого, обосновывается деформационный механизм подъемов уровней напорных вод во время паводков, пра котором изменение гравитационной погрузки приводит к изменениям порово-трещишсго пространства пластов и, следовательно, вызывает вариации пласгового давления,

Наибояьшй интерес в настояЕрх исследованиях был проявлзн к барометрическим и приливным вчрарщшм уровня, поскольку они имеют дзформап: :ыую природу в явл- лоя весьма цнДормзуигиши в геодана-шчесш) .»тношенви. В результата анализа баромэтретескцх вариаций уровня напорных вод по всем наблюдательным сшзвшнам были рассчитаны функции рзалшой коррелята (ковффщдаопты корреляции, как прььидо, находятся в продала*, от -0,85 до -0,07), вэяотш вапаз-. давания вариаций уровня относительно вариаций атмосферного давленая (варьируют в пределах 0-10 ч), a текли баш вшолезш оцэпкн коэффициента баретотрлчоской еффоктшзноск! в рассчитаны аксдаря-ыонтвльнко амплитудные н фазовые характеристики систеш оквзша-пласт. Полученные характеристики нозаолшш оцзнить фильтрационные '' параметры пластов по способу В.Л.Барабанова, зоключащомуся в сравнении вксшриментйльних и теоретических амплитудных и фазовых характера "тик систеш сквааина-пласт. О этой целью были рассчитана теоретичен не кривые да различных гпачешй водопроводимости, пье-аонроводдоста и радиусов сквакин. Полученные иригые показали, что

параметры частотной характеристика системы скважина-пласт зависят преимущественно от водопроводимости, менее чувствительны к влиянии радиуса сквакикц и слабо реагирует на изменение пьезопроводности, что подтверждает результата В.Л.Барабанова. Сравнение полученных оценок всдопроводимости по четырем скваштам с результата«! опытных откачек показало их удовлетворительную согласованность для водоносных горизонтов с относительно низкими фильтрационными свойствами, тогда как для пластов с высокими £ильтрацгоннша свойстваз.ш оценки водопроводимости оказались заниженными. Последнее, вероятно, обусловлено дощтелышм простаиванием сквакин, приведшим к кольматацаи их фильтров,

Зеынопршшвные вариация уровня пэдземпых вод были выявлены по всем пьезометрическим ршзазинам наблюдательной сети и изучены с использовании спектрального енаяяза. Установлено, что приливная и барометрическая Б®Е®ктшаюсть растут о глубокой залегания водоносного горизонта. Повшпзгаая реакция па приливше и Аэрометрические возмущения выявлена у скваппш Чэнка, вскрнвающэй сильно трещиноватый кэл. Это ундзывзаг ш поппаияую тояаочувствлтольность тре-цзноватнх сред. Анализ по методика В.Л.Барабапова трех рядов наблюдений длительностью 17G0, РЖО и 3550 ч по сквагмнем Ченкл и Ва-сяльевка позволил оценить г.'.жлтуд! и фазк семи основных приливных составлявших и сравнять их с ссотивтствукуии таоретичесшш зна-чеияяп щшнвообразущэго потлщгши Полученная зависимость для амплитуд приливных волн оказалась нелинейной. Кроме того, выявлено существенное ЗЕнагеше екшютуда суточной волны Kj. Аналогичные вффз :<ти Снлп установлены нема при анализе рядов наблюдений на сивазинах Обнинск, Шрунзэ (совместный исследования с В.Л.Ь'орабзно-Э.Э.Оролбаевнм и др.), а теккэ на осяовг опубликованных данных (Narasimhan Т., 1984» Rhoada 0., 1979) Sterling А., 1971). 8а-ниеэееэ амплитуды приливной Бояпн kj рапее было зафиксировано по данним дефстеогрефнчо сгых я'наклшодарта наблюдений и объяснено проявлением реБонансьях з{.фэк :ов жидкого ядра Земля в земяопршшз-ии деформациях (Л.А Латынина, 1983). Полученная нелинейная завл-сщ'зсть пе со::-'75э?ствует существующему прэдотавлешш о прямо пропорционально;« ¿язи мавду амплитудами приливных вериацай уровня л объемными при .изншш деформациями, которые, в своюочередь, предполагаются прямо пропорциональными амплитудам приливообразупцего иотешчшла. В результате расчета теоретических объемных деформаций на поверхности Земли и сраилешя их с соответствующими гашлитудамя

вариаций уровня оказалось, что вта связь также нелинейная. Следовательно, приливная эффективность системы скважина-пласт не может Сыть строго описана единственным коэффициентом, как это обычно предполагается. Рассмотренные амплитудные зазисимости земноприлив-ных вариаций уровня могут использоваться в качестве калибровочной характеристики системы скважина-пласт к объемным деформациям среды, которые могут быть вызваны не только приливными, но и иными геодинамичаскими процессами.

Рассмотрен;--.« существующих представлений о деформационном механизме формирования приданных и барометрических вариаций уровня подземных вод приводит к выводу о их высокой информативности при изучении изменений напряженно-деформированного состояния среды, в связи с чем повышенный интерес представляет исследование временной изменчивости параметров барометрической и приливной эффективности.

Глаг.а 5. Гидрогеологические индикаторы современных геодинамических процессов в Црипятском прогибе

Был проведен анализ рядов прециаионных уровнеметрических измерений в скважинах, расположенных на геодинаыически активных участка. северо-восточной части Пркпятского прогиба (участки Борщевка, Алые паруса и Васильэвка) и на относительно стабильном участке приборгговой зоны прогиба (Ченки). Для анализа были использованы ряды наблюдений длительностью 1,5-2 года с внесенными поправками га вариации атмосферного давления.

Обпгай ход уровня воды в скважине Чанки, вскрывающей водоносный горизонт верхнеюрских отложений, хорошо согласуется с динамикой уровня в р.Соз, Весенние полжет уровня аглиитудой 30-40 см наблюдаются синхронно с паводками аа реке и имеют обратимый характер. На удалении от реки влияние гидрологического фактора убывает, з связи с чем сезонные вариации уровня вода в скважине Борщевка (среднеюрский водоносный горизонт) имеют малые амплитуды (5-8 см). Аналогичных ш характеру сезонных колебаний уровня подземных вод не было выявлено у более глубоких водоносных горизонтов пермских и триасовых отложений, вскрываешхскваяшада Васильевка и Алые паруса. Однако в в тих скважинах были заЗиксированызначительные повышения уровня стуйенчатого характер, не согласующиеся по времени между собой и обходом уровня реки Сох. В скважине Васильевка выявлены три подъема уровня длительностью 30-40 сут и амплитудами 1628 см, а в скяажине Алые Паруса - одно необратише швышенир такой

ха длительности и амплитудой 29 см. После каждого подъема уровня следовала его стабилизация. Таким образом, ход уровня в 1950-1991 гг приобретает ступенчатую конфигурацию. Всесторонний анализ выявленных особенностей уроненного режима показал, что они не находят объяснения на основе учета только гидрометеорологических и техногенного факторов. Исходя из данных о высокой современной тектонической активности земной роры на втих участках, можно считать, что зафиксированные аномалии имеют деформационную природу. Это подтвердилось при анализе временной изменчивости параметров барометрической и приливной эффективности, которые, как известно, еависят от упругих а емкостных свойств пласта, чувствительных в свою очередь и изменениям нацряЕзщю-деформироващого состояния среда. Выяснилось, что отмеченные цодъевд уровня вода в скважине Васильевна сопровождались свтвщем барометрической вффективности с 0,5-0,6 до 0,2-0,3 см/гПа, уменьшенной временя запаздывания хода уровня относительно вариаций атмосферного давления с 6-8 до 0-1 ч и уменьшением вдвое ещвдтуда вемноприливной полусуточной волны Менее вчрйгеншэ, однако, выходящее за пределы погрзшастей снижение барометрической дф?з:стивиоотг! о 0,61-0,65 до 0,45-0,19 см/гПа Я вре.тард вапаздавшя уровня о 3-4 до 1-2 ч выявлено и для скваги-щ паруса, Херп::тзрзо, что рзиененне параметров барометрической а пришлой Еффокцшностл в двух сквашгаах имеет ступенчатый характер, при котором цэряодам резких подъемов уровней подземных вод соответствуют пэрчода наиболее интенсивных снпиешй параметров барометрической и приданной эффективности, Это подтверзд&ет пред-полсшзщн» о геоданш.йпзской природа выявленных эффектов. Весьма вероятно, что ступенчатое ношения уровня а снижения остальных параметров вызваны сокращение» порою-/рзщшього пространства среда, происходящего под действием ояпмавяих цапрягэпий. Полученные дашщэ указывают, что соврзкщгоне двдаавая на рассматриваемых участках характеризуются чередованием сравнительно коротких царио-доэ те«?ощгаескоа аадщзаддз о более дгпдалшдаа периодами отно-свтаяыюга цокоч.

Вода оысгача раоналъедэ гидрогеоданшдааскве проявления были установлю* и1, /чаоткв Ворщэвка. Они выракена й резких трехчасовых поешзшяз. уровня вода в сквагащэ на 3-3,6 см к даследущих вос-отановлещшх уровня в течение 1-1, Б су т. За время "наблюдений зафиксировано три таких вномгдав, сходных по своему характеру. Для скваашш Ворщевка также характерна изменчивость во времени бароме-

грической эффективности с общей тенденицией ее увеличения ва двухлетний период ваблэдэнкй о 0,20 до 0,37 см/гПа. Время вапаздавашя барометрических вариаций уровня относительно вариаций атмосферного давления иаменжнооь от 0 ди 10 ч, причем, изменение втого показателя на выявило какой либо теадеввд". В то до время, значительных го амплитудам устойчивых вариаций уровня вода в скважине не наблюдалось. Это указывает на то, что на данном учаотке ве происходили длительные деформационные процессы, овязандае с большими объемами среды. Выявленные короткопериодныо обратимые изменения уровня воды, вероятно, отражав? реакция локальных ваоднородвостей среда на быстрые геодакамические процессы, реальность которых подтверждается и по результатам геодезических гравиметрических и геомагнитных наблюдений на данном участке (В.А.Сидоров, 1988). Отрицательный внак импульсных вариаций уровня вода в скважине, вероятно, уиазывет на то, что в окрестности скважины преобладали короткош-риодные деформации растяжения, которые приводили к приросту поро-во-трещинвой емкости и повышению проницаемости пласта. Импульсные аномалии можно связывать о подвижками в близлежащей зоне разлома. Согласно чанным В.А.Сидорова (устное сообщение), репер нивелирного профиля, расположенный в 200 м от скваавши Борщэвка-225, испытывал устойчивое поднятие по отношению к соседним реперам втого профиля за период 19,'5-1986 гг. Волынка втого поднятия составляла по от-нодению к соседнему радару, расположенному в 1,С км к югу от сква-хсиш, (числитель) и рэпэруГрасцолдонному в 0,5 юа к северу от скважиы, (знаменатель)» í97S-197$ rf.10/7 км, 1S82-1976 гг. Б/2 КН. 1185-1902 ГГ. 3/2 НИ, 1 $£6-1985 4/0 ш, Б&лз предположить, что такая тенденция неравномерных по скорости деформационных процессов сохранилась и в последущкэ года, то hbsh наблюдения указывают ца продолгаювдзся активные вдсшюградиатща дшгаашш положительного знака на данном участке и наличие в соотазо етих. дшаэпкй быстрой,' импульсьой составляющей.

- Вариации уровня годземщд вод о периода;«! 4-5 ч а ьмшшудой 1 см были зафиксировав*! в скважина Васильева. Па своим признакам они сходны с пшюобразнша вариащями уровня, установленными в ряде сейсмоактивных районов н предположительно обусловленными сейсмотектоническим раздмоу бдоковвешюй |;оры.

Наряду с ес^ествншш .вариациями уровня подземных вод исследовалась гидрогеодшштескив еффе-га искусственных сейсмических воздействий нэ 'водоносный горизонт с земной поверхности. Были вы-

полнены два вибрационных эксперимента на скважине Бородавка, вскрывающей напорный водоносный горизонт песчаных отложений юры в интервале 220-226 м. Использовался сейсмический вибратор СВ-1С/100, который устанавливался в 10 м от устья скваишы. В перзом экспорт-менте была произведена серия воздействий свш-сигналами шириной по 10 Гц и длительностью но 60 с в диапазоне 16-60 Гц. Во время ваб-рсвоздействий наблюдались изменения уровня разного внака, причем наибольшие вариации (более 2 мм) бнли отмечены гри частотах в диапазоне 20-30 Гц. Вибровоздействия на фиксированных частотах от 22 до зо Гц выявили резонансную частоту 27 ."ц, яри которых наблэда-лись максимальные амплитуда вынувдэнвых колебаний уровня вода (2,3 мм; и остаточное положительное смещение величиной 2,Б мм. Второй эксперимент прово,гшзся через 8 месяцев после перЕого. В результате воздействия на выявленной ране<) резонансной частоте 27 Гц длительностью 60 с началось резкое понигэннэ уровня воды, длигпэеся 2 ч. Его ампжтуда составила 14 мм. Затем происходило плсысэ восстановление уровня в течение 12 ч. Вшгапэшзй! с£фзкт ЕяброБоздогствгй имеет явное сходство с стмэченпкмл вшзэ гидрогоо дгпспчэсними явлениями, наблюдавшимися в течение трех прэдпзствугщзх шяирамеету месяцев. Поэтому представляется вероятна. тгдггарпкй механизм формирования вибрационного еффэкта ео втором оксшримеите, во время которого произошла разрядка растягаванщга папрягзштй, накопившихся в г:о:*енту вибровоздействпй в отнсчжгельно небольшом объеме среды. Следует оттягать, что в результате анализа данных многолетних повторных та-илировалий бал установлен прзкзущэствэнпо шшкительпзй знал созрекзншх вертикальных днгкений блиаайшего от скзаганц гео-дззетзсэого репера относительно двух других соседаих реперов (дан-шэ В.А.Садорова).

¿нашз возгженых механизмов влияния современных тектонических процессов на уропэшыЗ ресим годеемянх вод строится с учетом тек-тснофззачесаой штерпрэтации современник двгогений земной корт, наполненной для Припятского прогиба В.А.Сидоровым. Им выделена огра-. ниченная совокупность типов аномалий современных двиазннй. Аномалия типе 7 отрааают реакцию неодаородностей среда о нестабильный! свойствами на небольшие изменения поля напрятан^!, обусловленные процессами в межсодевых и подсолевых отложениях девона. Такие аномалии фиксируются в узких (1-2 км) нодюзлоиных зонах и имэют^ ш-сокоамшштудный (более 10-15 мм/год) и короткопериодный '(КГ'-М1 год) характер. Аномалии типа § (изгиб) фиксируются в пределах

ляженшх (более 10 км) зон и обусловлены разупрочнением среда в нах разломов на разных глубинах кристаллического фундамента в -■зультате деформаций среда, находящейся в условиях сжатия кВ.А.Сидоров, 1989).

Весьма вероятно, что импульсные обратимые вариации уровня вода в скважине Борцовка отражают реакцию пласта на геодинамические процессы, ответственные за тг-аномалии современных движений земной поверхности. Текиэ короткопериоднне двшхения в узкпх гонах сопровождаются быстрыми перестройками напряженно--деформированного состояния среда, при которых локальные неоднородные участки в верхних слоях осадочного чехла приобретают неустойчивое состояние. В этих условиях относительно слабые внешни'? воздействия (например, вибросейсмические) могут привести к разрядке накопленных напряжений, изменению емкости коллектора и, следовательно, вариациям гидрогао-дигчмических показателей. Быстрое восстановление последних к фоновым значениям указывает на локальный характер происходящих процессов, т.к. возникающие градиенты пластового давления вызывают фильтрацию жадности в зону возмущения.

Относительно долгопериодные изменения уровня в скважинах Ва-соъьевка и Алые паруса более согласуются с аномалиями современных движений земной поверхности типа "изгиб", образующихся в результате сжишпцих напрягений. Примечательно, что движения такого типа были зафиксированы в зоне Северо-Днэлровского краевого разлома, к которой приурочены данные скважины. Характер установленных нами изменений гидрогэодинамических показателей также указывает на развитие деформаций сжатая. Поскольку в процесс деформирования вовлечен большой обгем среда, роль фильтрационных процессов (отток жидкости га пределызоны деформирования) незначительна ввиду отсутствия существенных горизонтальных градиентов пластового давления. Иоэто»7 установленные изменения гидрогеодинамических показателей необратимы. Сходство характера и смещение во времени аффектов, зарегистрированных на этих участках, давт основание предполагать наличие здесь деформационных волн, подобных волнам, обнаруженным в сейсмоактивных регионах (И.Г.Киссин и др., 1984).

Отсутствие гидрогеодинамичэских аффектов на участке Чеши соответствует представлениям о сюврешншй тектонической пассивности территории, примыкавдей с севера к Припятскогеу прогибу.

Полученные результаты приводят к выводу о том, что внедрение гидрогеологических наблюдений в практику геодинамических исследо-

ваша позволи?! оценить масштабы влияния современны! геодонвмичас-ких процессов на подземные водт регистрировать широкие спектр движений земной коры, в т.ч. быстрые) исследовать развитие деформационных процессов по геологическому разрезу, изучать природу этих процессов и устанавливать механизмы временной изменчивости геофизических полей.

Заключение

Основные реаультатц настоящей работш

1. Организованы и проведены специализированные уровнеметричес-кие наблюдения в Црипятском прогибе, позволившие установить н изучить тонкие особенности решма подземных вод и главным образом их реакцию на современные движения земной коры участков с повышенной гводицамяческой активностью,

2. Опробована и усовершенствована методика прецизионных уров-нэиетрических. измерений и обработки данных прилепительно к условиям Прзпятского прогиба. Разработано и опробовано простое и достаточно вффективноэ устройство для непрерывной регистрации уровня подземных вод в сквашпах, которое моеэт быть рекомендорчно к использованию как при гидрогеодинамических, так п при традиционных гидрогеологических исследованиях.

3. Впервые для Припятского прогиба получены ряда длительных прецизионных измерений уровня додзеш-и вод, анализ которых позволил детально изучить действие различных решмообразущах факторов. Установлено, что высокоамцлитудаыа сезонные вариации уровней напорных вод могут формироваться за счет дефорлирования водонасыщен-ных пород под действием переменной нагрузка на кровлю водоносного горизонта. Выявлены и исследована баро:ютричс.окне и зешоприливные вариации уровней напорных вод. Вычислены значения параметров барометрической эффективности (коеффвдиента барометрической эф2»нтив-ности, времени запаздывания барометрических вариаций уровня относительно вариаций атмосферного давленая) для различных наблюдательных скваетн. Рассчитаны теоретические и експэрнмэнталыше амплитудные и фасояые характеристики системы сквакина-пласт, с использованием ¡/.'торах па способу В.Л.Барабанова выполнены оценки водопроводююсти пластов. Подученные результаты подтвердили эффективность данного способа применительно к исследованиям пластов с относительно низкими фильтрационными свойствами.

Оценены амплитуда и фазы семи основных составляшуа земнопри-

дивных вариаций уровня подземных вод. Сопоставление полученных значений с соответствующий теоретическими значениями приливообра-зующего потенциала и объемных приливных деформаций выявило нелинейный характер зависимостей

Установлена изменчивость параметров барометрической и приливной эффективности во времени.

4. Впервые для Припятского прогиба выявлены вариации уровней подземных вод различной амплитуды и длительности, не связанные с влиянием гидрометеорологических и техногенных факторов, а обусловленные изменениями напряженно-деформированного состояния среда по всей вероятности тектонической природа. Последнее находит подтверждение, исходя из анализа данных по современных движений земной коры на участках гидрогеодинамических наблюдений, а также с учетом изменчивости во времени параметров приливной и барометрической эффективности, которые весьма чувствительны к перестройкам поля напряжений и деформаций. Полученные гидрогеодинашческие данные свидетельствуют о наличии быстрых тектонических движений на территории исследований.

Б. Характер гидрогеодинамических аффектов, формируемых в результате вибросейсмического воздействия во многом зависит от на-пряженно-дефор: Зфованного состояния среда, в связи с чем реакция пласта на тата воздействия к лат быть обусловлена триггершш механизмом разряда® накопленных напряжений. Это необходимо учитывать при дальнейших исследованиях по вибросейсмическому стимулированию нзфтеотдг' ш пластов.

6. 5 лрвые полученные данше о гидрогеологических эффектах современных движений земной кора б асойсмичном регионе подтвврхда-ют широкие возможности использования прецизионной уровн8Штриц подземных вод в геоданвмических исследованиях. В дополнение к традиционным геодозпческш и геофизическим методам лрзцизионная уров-нометрая лозволят повысить разрашащую способность геодинакических наблюдений, особенно при регистрации биотропротвкаицях дэформаци-ошшх процессов.

Основные положения диссертации опубликованы в работах«

1. Исследования вемнодршшвных колебанвй уровня подземных вод.//Водные ресурсы, 1992,- ы 3.~ с. 46-49. (Соавторы В.Л.Бараба-нов, А.0.Гриневский, И Г.Киссин, Э.Э.Оролбаев, Т.А.Рукавишникова, И.В.Савин).

2. Совершенствование техниш отбора проб при водногелиевой

съемке.- 7 с. (Рукопись депонирована в ВИНИТИ 7.04.92, n 1204-В92). (Соавтор А.П.Пинчук).

3. Сейсмогеологическая позиция и литовозрастные показатели отложений прогностического сейсмополигона "Гомель"./ Сейсмологические и геотермические исследования на западе CCCP.-Mh.i , Наука и техника, 1993.- о. 123-129. (Соавторы А.П.Пинчук и И.О.Лазарев).

4. Устройство для непрерывной регистрации уровня подземных вод в скважинах.- 8 о. (Рукопись депонирована в мШТИ 24.08.93, n 2326-В93).

5. Changes of conductive heat flow iri sedimentary basin* as shown on eras* sections,/ Symposium "New developments in geather-mal measuremnnts in boreholes". Abstracts.- Klein-Koris, 1993.(Соавтор А.П.Пинчук).

6. Отражение современных движений земной коры в режиме подземных вод северной Сортовой зоны Цргштского прогиба./ Тезисы докладов ш республиканского сопвщш по современным геологическим и геоморфологическим процессам.- Минск, 1993.- с.Ю(Соавтор А.П.Пинчук)

7. Особенности реакции водонасыщенного плаота на вибросейсмическое воздействие.// Доклада АН ИЗ.- 1993.- т. . (В печати).

8. Гидрогеологические индикаторы современных движений земной коры в асейсмичном районе.// Доклада РАН.-1994.-т. , n .(Соавтор И.Г.Киссин). (В печати).