Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Динамический режим подземных вод Копетдагского сейсмоактивного региона

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Динамический режим подземных вод Копетдагского сейсмоактивного региона"

АКАДЕМИЯ НАУК ТУРКМЕНИСТАНА ИНСТИТУТ СЕЙСМОЛОГИИ

На правах рукописи УДК: 554.232:550.341.5

ИШАНКУЛИЕВ Гельды Аманкулиевич

ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД КОПЕТДАГСКОГО СЕЙСМОАКТИВНОГО РЕГИОНА

04.00.22 — геофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

АШГАБАТ —

1995

Работа выполнена в Институте сейсмологии Академии наук Туркменистана

Официальные оппоненты:

доктор гео лого-минер алогических наук А. А. Аванесов доктор геолого-минералогическщх наук Р. Ишанкулов доктор физико-математических наук, профессор, член-корр. Российской АН А. В. Николаев

Ведущая организация: Институт сейсмологии АН Республики Узбекистан.

Защита диссертации состоится « » 1995 г. в

час. на заседании Специализированного совета Д.З.А.017 по защите диссертаций при Институте сейсмологии Академии наук Туркменистана по адресу: 744000, Ашгабат-Ц, ул. Комсомольская, 20 А.

С дпссгртацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Академии наук Туркменистана.

Автореферат разослан « » 1995 г.

Ученый секретарь Специализированного совета, д. г.-м. и.

Н. П. КАЛУГИНА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Изучение динамических процессов, протекающих в пределах твердой-оболочки Земли, является одной из проблемных задач современной фундаментальной науки. С ними связаны основополагающие знания об изменчивости окружающей среды и решение рада практических задач. Особое значение в этом направлении имеет гидрогеодинамика земной коры, формирующейся под действием целого ряда основных факторов, наиболее изученными из которых являются климатические и техногенные. Особое значение в связи с этим представляет разработка проблемы формирования динамического режима подземных вод, обусловленного современными геодинамическими процессами на территории Туркменистана - одной из наиболее сейсмоактивных областей Центральной Азии. Теоретическая и практическая значимость проблемы определяется как поиском методов прогнозирования землетрясений, так и выяснением ррироды сейсмической активности земной коры, изменчивости • сейсмической сотрясаемости территорий и вариаций геофизических полей.

Разработка методов прогноза; землетрясений в настоящее время сталкивается с большими трудностями, связанными с недостаточной изученностью закономерностей пространственно-временных вариаций тех или иных геофизических процессов, , влиянием особенностей строения реальных сред, а также с недостаточно глубоким пониманием механизма реакции наблюдаемых полей на землетрясения и другие геодеформационные процессы. Многие геофизические методы геологоразведки переносятся на изучение динамических процессов в земной коре без должного модифицирования. Учитывая все имеющиеся в настоящее время парадигмы исследований по прогнозу землетрясений, была сформулирована цель работы - исследование особенностей структуры, основных закономерностей и механизма формирования реакции динамических показателей подземных вод на геодеформационны£ процессы в пределах Копетдагскош сейсмоактивного региона.

Основные задачи исследования:

1. Выбор и адаптация методики экспериментальных исследований и обработки полученных новых данных.

2. Обобщение имеющейся гидрогеологической информации для анализа гидрогеодинамических процессов в периоды сейсмической активности.

3. Детальное количественное изучение основных факторов, определяющих тензочувствительность системы гидрогеодинамических наблюдений и определение потенциальных возможностей метода.

4. Определение степени влияния тектонических разломов на протекание гидрогеологических процессов в сейсмоактивных регионах.

5. Выявление особенностей реакции гидрогеодинамических показателей подземных вод на основные характеристики проявления сейсмичности и установление возможной роли флюидной фазы геологической среды в сейсмогенерации.

6. Выделение особенностей проявление аномальных изменений уровня подземных вод перед землетрясениями и установление их механизма.

Научна:: новизна. Впервые проведено обобщение совокупности геодеформациокных факторов, определяющих динамический режим подземных вод конкретного сейсмоактивного региона. Впервые в регионе детально изучена тонкая структура временных вариаций уровня подземных вод. Получена зависимость между изменениями гидрогеодинамических показателей и интенсивностью проявления геодеформационных процессов, ранее носившая неопределенный характер. Впервые ни основе экспериментальных исследований количественно изучен характер тензочувствительности системы "скважина - водоносный горизонт". Впервые для региона выявлены особенности влияния активных тектони ческих разломов на проявление гидрогеодинамических эффектов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Трансмасштабные (в диапазоне деформаций. 10~9 - 10"5) закономерности тензочувствительности системы "наблюда-

тельная скважина - водоносный горизонт (зона)", заключающиеся в нелинейности ее реакции и являющиеся фундаментальной основой для постановки гидрогеодинамического мониторинга геодеформационных процессов.

2. Установленные пространственно-временные закономерности проявления гидрогеологического режима, обусловленные сейсмичностью Копетдагского региона, заключающиеся во влиянии эпицентрального расстояния и величины Деформаций на амплитуды гидрогеодинамических эффектов, а также зависимость времени релаксации гидрогеологических аномалий от маг-нитуды землетрясений. ,

3. Выявленные основные факторы, определяющие тензочув-ствитеяьность системы "скважина -водоносныйгоризонт (зона)", такие как расстояние до т' атонического разлома, протяженность открытого ствола или фильтра и тип коллектора.

4. Классификация, локализованность в зонах активных тектонических разломов и основные механизмы формирования краткосрочных аномалий уровня подземных вод, обусловленных землетрясениями и геодеформациотаыми процессами в Копет-дагском сейсмоактивном регионе. .

5. Выявленные особенности режима подземных вод в периоды различных форм проявления сейсмической активности (аф-тершоков, роев землетрясений и др.). Активная роль гидрогеодп-

^намики в сейсмических процессах.

Практическая ценность и реализация работы. Автором получены новые представления о формировании гидрогеодинамического режима Копетдагского сейсмоактивного региона и развиты основы гидрогеологического мониторинга земной коры сей-смоопасных областей.

Основные положения диссертационной работы используются при разработке государственных заданий. Оперативная информация, получаемая на пунктах гидрогеологических наблюдений, постоянно используется Республиканским экспертным советом по оценке сеймической опасности и прогнозу^землет-рясений Государственной комиссии Туркменистана по чрезвычайным ситуациям. В практику гидрогеодинамических наблюдений в.Копетдагском районе внедрены современные методы обработки с использованием ЭВМ п подходы интерпретации данных по уровню подземных вод на основе современных reo-

физических представлений. Результаты, полученные в диссертации, позволили совершенствовать методику наблюдений и обработки данных, что представляет возможность повысить достоверность интерпретации гидрогеофизической информации и ее использование в практике.

Некоторые результаты научно-методического характера, полученные при выполнении данной работы, используются при осуществлении режимных гидрогеодинамических наблюдений в Туркменистане Гидрогеологическим Трестом ПО "Турк-менгеология" и Комплексной опытно-методической сейсмологической экспедицией Института сейсмологии АН Туркменистана в целях выполнения государственных научно-технических заданий.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Республиканских научных конференциях молодых ученых и специалистов (Ашгабат, 1986; 1987; 1988), Всесоюзном совещании "Флюидоди-намический фактор в тектонике и нефтегазоносности осадочных бассейнов" (Ашгабат, 1987), Научно-практической конференции "Геологическая наука Туркменистана за 70 лет" (Ашгабат, 1987), на рабочем совещании Группы по гидросейсмическим исследованием комиссии "Физика очага и прогноз землетрясений" МСССС АН СССР (Ташкент, 1988), на Научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Туркменского политехнического института (Ашгабат, 1988; 1989; 1990), Всесоюзном семинаре по гидросейсмологическим предвестникам землетрясений (Ташкент, 1988), Всесоюзной выездной сессии Межведомственного совета по сейсмологии и сейсмостойкому строительству АН СССР (Ашгабат, 198?), Всесоюзном семинаре "Роль подземной гидросферы в истории Земли" (Санкт-Петербург, 1989), Международном симпозиуме "Тепловал эволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами" (Москва, 1989), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Гидрогеологические предвестники землетрясений и методика организации режимных наблюдений в сейсмоопасных районах" (Гурзуф, 1989), Всесоюзном совещании "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" (Иркутск, 1989), Советско-китайском симпозиуме по прогнозу землетрясений (Гарм, 1990), Ш-м Всесоюзном совещании "Дегазация земли

и геотектоника" (Москва, 1991), ХИ-ом Межведомственном совещании по изучению современных движений земной коры на геодинамических полигонах (Ташкент, 1991), ХУП-ой Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества (Эдинбург, Великобритания, 1992), ХХП-ой Генеральной Ассамблее Европейской сейсмологической комиссии (Прага, Чехия, 1992), 1-ом Казахстанско-кигайском симпозиуме по прогнозу землетрясений (Алмааты, Казахстан, 1992), ХУГП-ой Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества (Висбаден, ФРГ, 1993), Международном симпозиуме "Новые достижения геотермических измерений в скважинах" (Потсдам, ФРГ, 1993), Международном Региональном совещании "Постколлизионная тектоника ; эволюции осадочных бассейнов в регионе между Кавказом иЗагросом", Всетуредкого совещания по наукам о Земле (Эрзрум, Турция, 1993), Международном симпозиуме по современным движениям земной коры (Кобе, Япония, 1993), Региональной сейсмологической ассамблее Южной Америки (г. Бразилия, Бразилия, 1994), 1-м Международном симпозиуме по деформациям ■ в Турции (Стамбул, Турция. 1994), на научных семинарах ОИФЗ РАН, СП ГУ, СПГИ, ИС АН РУз, ИС АН Т, ГИДРОКНГЕО Мингео РУз,.в Государственном сейсмологическом бюро СУАР КНР, Токийском и Киот-ском университетах Японии, Институте геофизики Технического университета г. Клаусталь-Цсллерфельд, Институте геологии Боннского университета.

Основные результаты опубликованы в виде статей в журналах, трудах конференций, симпозиумов и семинаров. Перечень работ приводится в конце автореферата.

Фактический материал и личный вклад автора. Работа основана на экспериментальных данных гидродинамических доследований, выполненных ап,тором в двух тензочувствительных к приливным деформациям скважинах, использовании измерений в трех скважинах режимной гидродинамической сети КОМСЭ ИС АН Туркменистана, выполненных в 1984- 1994 гг. под научно-методическим руководством автора, а также данные измерений по 2-15 скважинам гидродинамической сети, выполненных-специалистами Гидрогеологического Треста ПО "Турк-менгеология" в тесном сотрудничестве с автором с 1985 г. В ней выполнен анализ с единых подходов и обобщены результа-

ты гидрогеодинамических измерений, проведенных в наблюдательных скважинах производственными геологическими организациями, н главным образом, данные режимных наблюдений, полученных в 1974-1984 гг. под руководством М. Р. Милькиса. Автором осуществлен выбор комплекса методов и проведена математическая обработка экспериментального материала. В случаях недостаточного количества экспериментальных данных автором привлекались опубликованные данные материалы других исследователей (организаций) на основе сотрудничества и публикации совместных работ со специалистами Гидрогеологического треста ПО "Туркменгеология", ОИФЗ РАН, Сейсмологического бюро КНР и Технического университета г. Клаусталъ-Целлерфельд ФРГ.

Соискателем самостоятельно осуществлена постановка цели и задач данной работы, проведены полевые эксперименты, поиск возможных материалов из фондовых и литературных источников, ранее не полностью подвергшихся анализу с единых подходов. Самостоятельно осуществлен выбор комплекса методов обработки с привлечением способов, выработанных после консультаций, и проведена обработка экспе римеитального материала.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на большом фактическом материале, современных методах его обработки п анализа, а также сопоставлении ■ с независимыми данными по другим регионам.

Благодарности. Автор считает необходимым отметить постоянное внимание, помощь и консультации при проведении исследований, оказанные со стороны академика АНТ Т. А. Аширова и проф. И.Г. Киссина, которым выражает свою искреннюю признательность. Данная диссертационная работа является результатом многолетних исетедовашш автора в руководимой им лаборатории Геофжшщо^шдаческйх исследований сейсмоактивных регионов. За помощь и совместную работу автор выражает свою, благодарность.сотрудникам этой лаборатории: Атаеву С., Бер-келиеву Т.К., Ишанкул-сву Дай, Калуишой Н.П., Курбано-ву В.Т., Петрушшой Л.В., Розымурадону М.Д., а также Беликову В.М., Пурлиеву 10., Ишанкулиеву А.А. Цепные советы и замечания в процессе работы над диссертацией были получены автором от Авагинова А.А., АтаеваА.К., Каррыева Б.С., Кузьми-

Кузьми-на Ю.О., Курбанова M.K. Важные аспекты работы обсуждались совместно с Барабановым B.J1., Войтовым Г.И., Вороновым А.Н., Гриневским А.О., Дзгобой A.A., Писарским Б.И., Ишанкулиевым Д.А., Ишанкуловым Р., Крымусом В.Н., Любушиным A.A., Мироненко В.А., Милькисом М.Р., Муха-медовым В.А., Николаевым A.B., Савиным И.В., Султанход-жаевым А.Н., Шестаковым В.М., G. Buntebarth, H-J. Kumpel, Н. Muller, S. Takemoto, Zang Wei, H. Wakita. Данное диссертационное исследование частично стало возможным благодаря субсидиям Национального Фонда Науки й Техники Туркменистана, Международного Научного Фонда, Германского Исследовательского Фонда, которым автор выражает свою благодарность.

Структура работы. Диссертация включает: введение, шесть глав, заключение, список использованной литературы из .... наименований и содержит..... страниц машинописного текста,.... иллюстраций я....таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ВВЕДЕНИЕ

Во введении обосновывается актуальность исследований > связи гидрогеодинамического режима с сейсмическими и геодеформационными процессами, показаны результаты, выносимые на защиту, дается оценка научной и практической ценности полученных результатов, приводится перечень конференций, совещаний, симпозиумов, а такжр научных учреждений, где докладывались основные положения диссертации.

ГЛАВА L АКТУАЛЬНОСТЬ И СОСТОЯНИЕ '

ПРОБЛЕМЫ МЕТОДИКА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ'' ..• V ■ • 0 Изучению связи динамического режима подземных вод с сейсмическими и геодеформационными процессами посвящены многочисленные исследования: Вартаняна Г.С., Войтова Г.И., Волейшо В.О., Дзюбы A.A., Ишанкулова Р., Кисаша И.Г., Ковалевского B.C.', Лущика A.B., Мироненко В.А., Монахова Ф.И.,

Николаевского В.H., ОснкиД.Г., Пкникера Е.В., Писарского Б.И., Сапрыгина С.М., С.С. Сардарова (мл.), Султанходжае-ваА.Н., Шестакова В.М., G.Bodvarson, D. Bower, J. Bredehoeft, H.-J. Kumpel, P.Melhior, A.Nur, J.Rice, E.Roeloffs, J.Rudnicky, S. Takcmoto, H. Wakita и др. В Туркменистане исследования в этом направлении начаты работами Т.А. Аширова, Б.Т. Кир-стьг, М.К. Курбанова* В.И. Лыкова, М.Р. Милькиса, A.A. Мрыхи-на, O.A. Одекова, JI.F. Соколовского, С. Шабердыева и др. Они позволили развить экспериментальные и теоретические основы данного направления геофизики и гидрогеологии. К настоящему времени имеется лишь одно крупное региональное обобщение в данном направлении, выполненное в Китае многочисленной группой исследователей (Wang Cheng-min et al.).

Исследованию земноприливных колебаний посвящены работы С.С. Сардарова (мл.), D. Bower, J. Bredehoeft, P. Melhior, в которых ими рассмотрены механизмы и некоторые факторы, определяющие приливную тензочувствительность пьезометрических скважин. Однако в большинстве случаев они изучались на предмет определения коллекторских свойств водоносных пород в асейсмических областях или вне связи с сейсмотектоническими условиями (землетрясения, разломы). Лишь исследования Д. Меликадзе, С.С. Сардарова (мл.), Wang Cheng-Min имели целью использование земноприливных колебаний уровня и дебита подземных вод для выделения аномалии перед землетрясениями.

Анализ гидрогсодинамических косейсмическнх эффектов проведен 8.Л. Барабановым, А.О, Гриневским, A.M. Гуменом, И.Г. Киссиным, J.R. Bredehoeft, H.H. Cooper, Е.Е. Rexeun, R.C. Vorhis, Wang Cheng-Min и др., которые получили некоторые данные о влиянии прохолодения сейсмических волн на уровни подземных вод. Изучению гидрогеологических эффектов землетрясений посвящены работы М.Р. Милькиса, Д. Оснка, Е.Е. Rexeun, R.C. Vorhis и др. ученых, исследовавших эффекты отдельных сильных землетрясений." Наиболее фундаментальной работой является труд U.C.Vorhis,. в котором анализируются гидрологические эффекты Аляскинского землетрясения 1964 г.

В настоящее время наибольший интерес привлекают исследования предвестниковых изменений динамических показателей подземных вод, особенно в реальном масштабе времени,

связанные с проблемой разработки гидрогеологического метода прогноза землетрясений. Обобщающие работы в этом направлении были выполнены Барабановым B.JL, Вартаняном Г.С., Гриневским À.O., Гриц Г.Н., Киссиным Р1.Г., Лущиком A.B., Монаховым Ф.И., Оролбаевым Э.Э., Сапрыгиным С.М., Султанход-жаевым А.Н., Kumpel H-J, Wang Cheng-Min, Wang Liu-qio, H.Wakita и др. Однако еще не представлены универсальные модели формирования аномальных гидрогсодинамйческих эффектов, обусловленных сейсмическим процессом.

Следует заметить, что универсальные модели механизма формирования предвестника трудно выработать из-за ряда сложностей : во-перпых, из-за многообразия локальных и региональных геолого-гидрогеологических условий регионов; во-вторых, из-за неоднозначной опреде тенностн характера деформирования водонасыщенного массива горных пород;. в-третьих, из-за использования какого-либо отдельного механизма на основе выделения типичной формы предвестника и недооценки других.

Большое значение для понимания механизма формирования гидродинамических предвестниковых аномалий имеют результаты экспериментов на образцах горных пород, проведенные Ми-каэлян A.A., Соболевым Г.А. и др., R.E.Goodman, P.N.Sundaram, C.-Y. Wang. Особенно ценны данные о поведении порового давления при интенсивном сжатии образца, обусловленного дила-тансиоиным повышением объема трещин (что в некоторой степени не согласуется с традиционными взглядами на поведение порового давления при деформациях сжатия), а также акцентированное исследование двух разных типов деформирования -дренажного и недренажного. Проблема динамики подземных флюидов в процессе формирования очага землетрясения изучена в работах И.П. Добровольского, В.Н. Николаевского, В.И. Кей лиса-Борока, И.Г. Киссина, O.A. Одекова, J.R. Booker, M. Cleary, A. Nur, J. Rice, J. Rudnicky, С. Scholz и др. Показано место и активная роль подземных флюидов в процессе развития неустойчивости очагового объема горных пород, а также вклад, гидравлических процессов в развитие афтершоковой активности.

Обзор выполненных в связи с сейсмичностью в Туркменистане гидрогеологических исследований показал, что они позволили выявить предвестниковые изменения гидрогеологических показателей перед некоторыми сильными землетрясениями ре-

гиона, сформировать специализированную сеть режимных наблюдений по прогнозу землетрясений. В результате этих исследований накоплен богатый по объему фактический материал, который требует глубокого анализа, обработки и геофизической интерпретации. Для исследований, ранее проводившихся в регионе, свойственны: недостаточное применение статистических методов обработки экспериментальных данных, малая изученность малоамплитудных изменений уровня подземных вод (УПВ), обусловленных земными приливами и вариациями атмосферного давления, отсутствие поиска физических закономерностей между характеристиками отклика и деформационного воздействия. Это и определило основные направления и задачи настоящего исследования.

Анализ 1! краткая характеристика климатических, гидрогеологических, геолого-тектонических, сейсмологических и геодинамических особенностей объекта исследования показал, что в Копетдагском регионе существует сочетание благоприятных природных и техногенных условий, позволяющее рассматривать их как естественные предпосылки постановки исследований по изучению связи временных изменений динамических характеристик подземных вод с геодеформационными процессами. Перечислим наиболее значимые из них: а) близповерхностная сейсмичность (Н=15 км.); б) интенсивная раздробленность земной коры, определяющая тип резервуаров подземных вод; в) молодая (альпийская) складчатость, определяющая мобильность массивов горных пород; г) незначительная годовая сумма атмосферных осадков (8=268 мм.); д) относительно слабая техногенная нагрузка (особенно до 1960-х годов).

Поэтому нами исследования развивались в следующих направлениях:

1; Анализ данных о режиме подземных вод района с целью установления основных закономерностей его формирования в различных геолого-тектонических условиях и выявление аномалий, связанных с сейсмическими процессами.

-2. Выбор наблюдателпых скважин, удовлетворяющих требованиям к наблюдениям по выявлению предвестников землетрясений, и оборудование наблюдательных точек измерительной аппаратурой, обеспечивающей необходимую точности и частоту 'измерения уровня подземных вод.

3. Компьютерная и статистическая обработка экспериментальных материалов.

4. Интерпретация и геофизическое истолкование полученных результатов.

Анализ полученных материалов показал, что наиболее пригодными для ведения наблюдении за УПВ в целях выявления связей гидрогеодинамического режима с геодеформационными процессами и землетрясениями являются напорные подземные воды мальм-неокомских отложений Копетдага. Режим неглубоких водоносных горизонтов формируется в результате действия климатических и техногенных факторов, которые очень сложно контролировать. Режим грунтовых вод сильно нарушен водозабором и орошением. С учетом вышеизложенного,для наблюдений были выбраны глубокие скважины, пробуренные при поисках термоминеральных вод, вскрывшие подземные воды невысокой минерализации. Кроме того, для полноты анализа привлекались материалы по скважинам наблюдательной сети Гидрогеологического треста ПО "Туркменгеология" и других организаций Туркменистана. Изучались наблюдательные скважины,«в основном неизливающие подземные воды, уровень которых измерялся с помощью самописцев непрерывного действия типа " Валдай " СУ В-М и ГР-38, а иногда использовались датчики ГД-4 разработки Института ВСЕГИНГЕО. Вследствие того, что \ систематической помехой для большинства наблюдательных точек является изменение: атмосферного давления, гидрогеодина-мические наблюдения комплексировались с измерениями данного показателя.

Обработка данных гидродинамических наблюдений велась в основном в двух направлениях: получение статистически значимых параметров и изучение временной структуры изменений уровня и дебита подземных вод. Методы обработки, реализованные на ЭВМ: ЕС-1035, СМ-4, IBM PC, включали следующие способы анализа: корреляционный, регрессионный, гармонический, спектральный, спектрально-временной анализу цифровую фильтрацию, кросс-ковариацию процессов. Результаты наблюдений обычно сводились к задаче выделения сигналов на фоне помех, оценок параметров фильтров. Для выявления в ходе уровня составляющей, которая обусловлена геодинамкческими процессами, необходимо было устранить помехи, "что производи-

лось с применением методов, используемых в практике анализа многомерных геофизических наблюдений (Желанкина Т.С. "идр., 1982; Киссин И.Г. и И.В.Савин, 1983; 1986; Любушин А.А. (мл.), 1987) и включала несколько этапов: а) устранение трен-довой составляющей; б) цифровая фильтрация; в) исключение влияния атмосферного давления. В результате обработки получались величины коэффициента барометрической эффективности и запаздывания изменений УПВ от вариаций атмосферного давления, а также временные последовательности, откорректированные от помех (в которых дисперсия исходной последовательности уменьшалась на порядок). При выделении аномальных вариаций УПВ, связанных с сейсмичностью, использовались методики, предложенные в работах (Добровольского И.П. и др., 1980; 10.0. Кузьмина и др., 1984). Аномалия диагностировалась как изменение, превышающее величину трех среднеквадратичных отклонений от среднего з начения для каждой последовательности и которое нельзя объяснять влиянием метеорологических и техногенных процессов.

Вместе с тем показано, что в исследованиях связи динамического режима подземных вод и геодеформационных процессов помимо традиционных подходов гидрогеологии должны быть рассмотрены вопросы:

а) соотношения деформационных и гидравлических процессов в формировании напоров подземных вод, что не позволяет рассматривать водоносные системы как простые артезианские бассейны;

б) нестационарности многих гидрогеологических характеристик водоносных систем и граничных условий, которые в традиционных исследованиях принимаются как стационарные;

Все это потребовало использования' геофизических методов и подходов истолкования результатов при изучении режима подземных вод. ■ • .

Выводы

1. Проведен обзор исследований связи гидрогеодинамиче-ского режима с сейсмичностью и геодеформацисушыми про-

цессами. Выявлен сложный характер реакции резервуаров подземных вод на геодеформационные возмущения.

2. Анализ природных условий и техногенных процессов позволил сделать вывод о сочетании в Копетдагском регионе Туркменистана ряда благоприятных предпосылок, своевременности постановки сформулированных в настоящем исследовании задач.

3. Предложено, что детальному изучению связи гидрогеологического режима с землетрясениями будет способствовать только комплексный подход в исследовании соотношения гид-рогеодинамического режима со всеми проявлениями сейсмичности (сильные землетрясения, сейсмические рои, афтершоки, сейсмоакустическая эмиссия) и других геодеформационных процессов, а также типов гид{ динамических аномалий (предвест-никового, ко-и постсейсмического характера). Показано, что без изучения влияния на гидрогеодинамический режим других геодеформационных процессов (земные приливы, атмосферное давление, современные движения земной коры) нельзя разработать механизмы генерации аномалий-предвестников и решить многие методические вопросы проведения гидрогеодинамических исследований в целях прогноза землетрясений.

4. Отмечено, что использование лишь традиционных гидрогеологических подходов в решении задач является недостаточным.

^ Показана необходимость широкого применения геофизических способов анализа связи динамики подземных вод и геодеформационных процессов на основе использования модельных подходов и современных методов обработки.

ГЛАВА II. ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ СИЛЬНЫХ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ КОПЕТДАГА

В этой главе диссертации детально проанализированы гид-рогеодинамические эффекты Газанджиксхого 1946 г., Ашгабат-ского 1948 г., Бурунского 1984 г. и других землетрясений.

Ретроспекивный анализ гидрогеологического режима рассматриваемого региона при Газанджикском землетрясении показал наличие контрастных гидрогеодинамических эффектов Га-занджикского землетрясения в период проявления указанного сейсмического события. Обработка наблюдений большого коли-

чества разнородных данных позволила нам впервые выявить корреляцию изменений величины минерализации подземных вод и амплитуд изменений дебита источников, а также зависимость гидрогеодинамического эффекта от эпицентрального расстояния.

Достаточно сложное пространственное распределение гидро-геодинамических аномалий различного знака выявлено при Аш-габатском землетрясении 1948 г. На территории города и прилегающих районов скважины, в которых наблюдалось повышение уровня подземных вод, располагаются, в основном, в северной части города, а водопункты, в которых понизился уровень грунтовых вод (УГВ), располагаются большей частью в южной части города. Амплитуды изменений варьировали от нескольких сантиметров до нескольких метров. Таким образом, произошла деформация зеркала грунтовых вод и наклон его на юг (примечательно, что до землетрясения уклон был на север). Линия раздела областей с различным знаком изменения ,УГВ параллельна направлению Передового разлома. Указанная закономерность имеет место и в режиме источников подземных вод и речек, расположенных по простиранию Передового разлома Копетдага. Нами анализировались значения амплитуд изменения дебитоЬ источников в результате землетрясения ((^тах/С'з),' которые изменяются от 1 до 7. Распределение амплитуд по площади имеет следующую картину: южнее города наблюдаются их минимальные значения (^шах/^о"! .0-1,5, которые затем возрастают в направлении С-3 до 6,6 и Ю-В до 7,8, а затем экспоненциально уменьшаются в обоих направлениях до 1,8 на расстоянии 130 км. Аналогичные закономерности гидрорежима отмечены в зпицентральных областях землетрясений Ицу-Ханто-Оки 1974 г. (М=6,9> в Японии и Хайченского 1975 г. (М=7,3) в Китае, где наблюдались соответствия между квадрантами сжатия и подъема, уровня подземных вод, а также растяжения и падения уровня (НЛУакНа,. 11 ЗккзаО. Формирование подобных закономерностей в гидродинамике очаговых зон силь-, ных землетрясений, по-видимому, является отражением пространственных особенное . ей проявления деформирования земной коры и разломообразования при сейсмическом процессе.

Действительно, при Ашгабатском землетрясении зарегистрированы уникальные процессы колебания глубир забоев наблюдательных скважин. Изменения глубин забоев отмечены во

всех наблюдательных скважинах, однако в некоторых из них (в 13 из 17, т. е. 76*% ) направления изменений УГВ в результате землетрясения совпадают с направлением изменения глубины забоя, ав4 (24%) скважинах они не совпадают. Совпадение знаков колебаний УГВ и глубин забоев скважин указывает, что эти процессы могут быть связаны с деформациями верхних слоев земной коры (т. е. грунтовой толщи) и определяются направленностью деформационного процесса (сжатие или растяжение). Для уточнения этого представления было проведено количественное сопоставление значений изменения УГВ и глубин дна в наблюдательных скважинах. Сопоставление производилось та-• ким образом, чтобы учесть данные по тем скважинам, в которых отмечались синфазные их изменения. Совокупность полученных точек дала поле корре яции, позволяющее аппроксимировать его линейной зависимостью с осевой линией. Однако остается недостаточно ясным вопрос о механизме, приводящем к столь значительным изменениям глубины забоя в скважинах. Возможны два варианта: осадка механической взвеси из воды, поступающей из фильтровой части, и движение грунтовой пробки, заполняющей забой скважины под действием сжимающих и растягивающих косейсмических напряжений. При первом механизме возможно лишь накопление осадков, в то же время понижение уровня забоя скважины трудно объяснить с помощью 4 этого подхода. Второй вариант, более предпочтительный, требует наличия в грунтовой толще значительных напряжений, а также сильной вибрации, что подтверждается наблюдениями за слабо обсаженными колодцами, которые в результате сейсмического толчка были заполнены грунтовой массой до устья. При сильном сжатии будет происходить выдавливание грунтов вовнутрь скважины, и амплитуды изменения забоя и уровня будут пропорциональны действующим напряжениям и деформационным свойствам пород околоскважинной зоны. При растяжении, с учетом сильных сотрясений в афтершоковый период, возможно понижение глубины забоя и УГВ. Выделенная особенность интенсивного проявления гидрогеологических эффектов в очаговых зонах землетрясений.указывает на то, что в ближней зоне механизм проявления гидрЬгеологических аномалий связан с разломообразованием. Это подтверждается анализом площадного распределения гидрогеологических эффектов при сейсмиче-

ском процессе. Так, район распространения грязевых извержений, проявившихся в результате Ашгабатского землетрясения 1948 г., имеет вытянутую линейную форму, что говорит об участии разрывного нарушения в этих процессах. Рассмотрение тектонических карт показывает, что в данном районе расположен Северо-Ашгаб&тский глубинный разлом, который и в настоящее время характеризуется активными деформационными проявлениями. С другой стороны, линия развития грязевых вулканов четко контролируется Геокдепинским (на северо-западе) и Гяверским (на юго-востоке) поперечными разломами северо-восточного простирания. Более того, анализ плотности современных дислокаций Ашгабатского сейсмоопасного района (схемы А.Н. Полетаева), показывает, что на участках пересечения зон разрывных дислокаций наблюдаются максимальные значения амплитуд гидрогеодинамических эффектов,т. к. зоны группировки и пересечения полос концентраций сейсмодислока-ций являются зонами интенсивного деформирования и разрушения и, соответственно, действия компрессионных сил на резервуары подземных вод, что приводит к появлению новых путей фильтрации и более интенсивной разгрузки подземных вод.

Одной из наиболее ражных проблем при сейсмогеофизиче-ском мониторинге являемся исследование вопроса тензочувстви-тельности фиксированных систем наблюдений, что необходимо для правильной постановки, ведения и корректного истолкования результатов. С этой позиции нами проанализирован многолетний режим дебита подземных вод источника Арчман. В результате выделено 11 случаев аномального отклонения параметра расхода источника после сильных и ощутимых землетрясений в Копетдагском регионе. Получена сравнительно достаточная выборка параметров для поиска зависимости между характеристиками аномалий (1иЛр|,<2тах/<2о,А(2) и сейсмодефор-мационною воздействия землетрясений. Оказалось, что гидрогеологическая система источника Арчман проявляет повышенную тензочувствительность к воздействиям сильных, удаленных и слабых местных сейсмических событий; выявлена связь амплитуды аномалии с величиной деформации, имеющей нелинейный вид; наблюдается зависимость времени релаксации аномалии от ее амплитуды и магнитуды землетрясений.

На основе анализа амплитуд, а также времени нарастания и релаксации гидродинамических эффектов землетрясений, выполнена попытка обоснования механизмов генерации аномалий и влияния характеристик массивов горных пород на гид-рорсжим. •' ■

Анализ величин времени нарастания аномалий показал, . что они имеют сложное распределение, но максимальные значения наблюдаются в очаговой зоне землетрясения, а с' увеличением эпицентрального расстояния время нарастания дебита, подземных вод уменьшается. Это позволяет сделать вывод о том, что время нарастания аномалии по данным о дебитах подземных вод является функцией длительности протекания деформационного процесса, что подтверждается и корреляцией данной величины с периоде I афтершокового процесса (см. главу 4). V' ;У--'-''.'- '."''■' Детальное рассмотрение основных факторов, определяющих величины амплитуд и; длительность гидрогеодинамиче-ских эффектов, показывает, что амплитуда является функцией эпицентрального расстояния, что имело место при сильных землетрясениях Копетдагскогорегиона: Гермабском 1929г. (М-7,2); Газанджикском 1946 г. (М-7,0) и Ашгабатском 1948 г. (М-7,3). Поле распределения амплитуд гидродинамических эффектов таково,: что ярко выражаются две зоны - ближняя (очаговая) и, к дальняя. Вследствие того, что в очаговой зоне землетрясения доминируют неупругие (запредельные) напряжения, приводя-; щие к интенсивным деформациям сжатия и растяжения, на- ( блюдакггея процессы гидроразрыва и трещинообразования. Это выражается в виде контра<ггного распределения амплитуд гидрогеологических эффектов от максимальных до почти минимальных. '■"■•

Длительность гидродинамических эффектов землетрясений : может достигать более десяти лет, а в. некоторых случаях носить необратимый характер, что говорит о длительной релаксации аномальных изменений дебета подземных вод после землетрясения. .,'■'■

Наиболее сильные землетрясения региона привели к эколо-го-гидрогеалогическим изменениям ресурсов и качества подземных вод. Так, на ресурсы подземных вод наибольшее влияние • оказало Ашгабатское землетрясение 1948 г. Проведенный ана-

лиз многолетнего изменения суммарного расхода кяризов и источников подземных вод за период с 1936 по 1960 гг. показал, .что прирост естественных ресурсов подземных вод Ашгабатского района .составил 750 л/сек, т. е. на 25 - 30 % увеличился за Шлет. На качество подземных вод наибольшее влияние оказало Газанджикское землетрясение 1946 г., в результате которого подземные воды Газанджикского района перестали удовлетворять требованиям ГОСТа, регламентирующего качество питьевой воды. Так, минерализация воды возросла в 2 раза, очень сильные изменения отмечались по таким показателям ионно-со-левого состава, как хлор, калий и натрий, кальций, сульфаты. Все они резко превысили предельно допустимые величины, определяемые ГОСТом.

.Выводы

1. На основе обработки большого объема гидрорежимных материалов в периоды сильных землетрясений (Гермабского 1929 г., Газанджикского 1946 гм Ашгабатского 1948 г., Бурун-ского 1984 г.) установлен сложный характер наблюдаемых гидрогеологических эффектов сильных землетрясений Копетдага, что необходимо учитывать при комплексных исследованиях по прогнозу землетрясений.

2. Впервые выявлены корреляционные связи пространственно-временных особенностей гидродинамических аномалий и характеристик проявления сейсмичности: а) зависимость амплитуды гидрогеологического эффекта от эпицентрального расстояния; б) связь пространственных распределений амплитуд аномалий с косейсмическим полем распределения деформаций и сейсмодислокаций.

3. Впервые детально изучена реакция источника подземных вод ^Арчман) на сейсмические процессы, в результате чего пополнена феноменология гидрогеологических эффектов и вы-, явлены корреляционные связи количественных характеристик гидродинамических аномалий н-землетрясений для отдельно взятой фиксированной точки наблюдений: а) амплитуда гидро' геодинамических эффектов на источнике Арчман зависит от ^величины косейсмических деформаций и имеет нелинейный характер; б) длительность восстановления аномальных изменений

зависит от интенсивности (амплитуды) аномалий, магнитуды землетрясений.

ГЛАВА III. АНОМАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ . ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПЕРЕД ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯМИ

.;.•" Анализ и изучение режима подземных вод в реальном масштабе времени, выполненные в работе, позволили выявить аномальные вариации УПВ различной морфологии, длительности и амплитуды перед землетрясениями Копетдагского региона. Особый интерес представляют краткосрочные малоамплитудные и высокоамплитудные гидродинамические вариации* имеющие разный механизм^ формирований, которые существенно отличаются от других типов аномалий.

Из общего количества наблюдательных скважин краткосрочные вариации уровня были отмечены в 12 скважинах. Почти все они находятся в зоне Передового Копетдагского разлома. По скважинам, расположенным вне зоны разлома (преимущественно в платформенных районах .Туркменистана), аномалии практически не обнаружены. ' . '

Были рассмотрены возможные механизмы краткосрочных вариаций УПВ, среди которыхосновное место занимают; метеорологические (инфильтрация атмосферных осадков, перепады * атмосферного давления), техногенные (откачки, мелиоративные " работы, промышленные взрывы), деформационные (изменения емкости порово-трещинного пространства под действием раз, личных геодинамических процессов). Наблюдательные скважины, глубина которых незначительна,, лишь в небольшой-степени могли испытывать влияние инфильтраций осадков (только наименее глубокие скважины). Более того, вариации УЦВ ; инфильтрационной природы .обычно не бывают столь кратко-, временными, как рассматриваемые эффекты. .При этом исклкь чены отдельные вариации, уровня, которые имели барометрическое происхождение, и в ряде случаев внесены поправки за изменение атмосферного давления. Техногенные воздействия практически не отражались на гидрорежиме в наблюдательных ; скважинах. Большинство зарегистрированных эффектов с достаточным основанием можно отнести к откликам подземных вод на геодинамические процессы. В качестве краткосрочных гид-

рогеодинамических эффектов нами выделены более 160 аномалий, по морфологии классифицированы: а) ступенчатые падения и подъем УПВ (соответственно 35% л 28%); б) импульсные изменения УПВ в виде резко выраженных кратковременных отклонений (27%); в) бухтообразные вариации (5%); г) пологие падение и подъем У«ПВ (соответственно 3% и 2%). Продолжительность эффектов в большинстве случаев была не более одних суток.

Анализ распределения гидродинамических эффектов по амплитудам изменений уровня показывает, что количество их убывает с ростом амплитуд (более 75% эффектов имеет амплитуды до 0,3 м). Оказалось, что средние и максимальные амплитуды возрастают с увеличением длины фильтра или открытого ствола скважины, что обусловлено неравномерным влиянием деформаций среды на фильтрационные связи различных водоносных горизонтов или трещинных систем со стволом скважины. Величины амплитуд увеличиваются также по мере приближения скважин к разлому, что связано с локальными особенностями фильтрационных и деформационных процессов в зонах неод-нородностей,

В качестве уникальных гидродинамических эффектов нами выделены высоко амплитудные изменения УПВ, проявляющиеся перед и в период усиления сейсмической активности региона и сопредельных территорий. Учитывая малую статистику подобных эффектов, нами щюведен сравнительный анализ высокоамплитудных гидрогеодинамических аномалий, отмеченных на территории Туркменистана и Китая. Это позволило нам выделить многие общие черты и характерные особенности таких предвестниковых эффектов,

Все скважины в обоих регионах расположены в зонах активных разломов (в непосредственной близости от разрывных нарушений) ,; лбо на небольшом расстоянии от них. Глубина скважины и протяженность фильтра или открытого ствола изменяются в широких пределах, соответственно 293-3343 м и 461153 м. Большая протяженность фильтра должна способствовать проявлению высокой тензочувствителыюсти системы "скважина ' - водоносный горизонт" и является определяющей в формировании аномалий в подобных скважинах. Укажем, ачто в течение длительного периода наблюдений (более 15 лет) в обоих ре-

гионах высокоамплитудные гидродинамические аномалии в сейсмически спокойные периоды не отмечались. Они предшествуют (а в одном случае сопутствовали) землетрясениям в широком диапазоне магнитуд (4,7 - 7,8) и проявлялись на различных (от 12 до 560 км) эпицентральных расстояниях.

Время проявления гидродинамических предвестников (период от начала аномальной вариации до землетрясения) изменяется по обоим регионам в широких пределах - в Туркменистане от 15 до 231 суток, в Северо-Восточном Китае - от 7 до 595 суток, При этом в структуре кратковременных предвестликовых аномалий (до 5 суток) высокоамплитудные гидродинамические вариации практически отсутствуют. По форме предвесткнковых кривых нами выделены два типа аномалий: а) вариации с полным или частичным возвратом фоновым значениям и б) изменения с остаточными эффектами. Более того, та или иная форма кривой не язляется особенностью конкретной скважины. На одной и той же скважине перед разными землетрясениями отмечаются эффекты как 1-го типа, так и 11-го типа. Очевидно, форма кривой зависит прежде всего от характера деформирования геологической среды при подготовке землетрясений, которые могут вызвать необратимые гидрогеологические аномалии. Анализ основных особенностей высокоамплитудных гидрогеологических предвестников землетрясении в Северо-Восточном Китае и в Туркменистане не позволяет выделить существенные различия между предвестниками в рассматриваемых регионах.

К настоящему времени предложено несколько геомеханических моделей деформационных процессов, протекающих в зоне подготовки будущего очага,и формирования предвестников землетрясения. Основные механизмы можно разделить на: а) стрес-, совый механизм (импульс тектонических напряжений, дилатан-сионная волна разряжения, любая морфологическая аппроксимация деформационного воздействия; б) дислокационный механизм (предсейсмическое.скольжение, изменение взаимоотношения водоносных зон).

Именно эти механизмы в разной степени, очевидно, ответственны в формировании двух типов деформирования-водоносных массивов горных пород - Допредельных и запредельных, которые обусловливают вариации уровня подземных вод разного знака.

Действительно, выполненный анализ, формирования гидро-геодинамических аномалий перед землетрясениями в Колет-дагском сейсмоактивном регионе указал , на наличие двух типов аномалий-предвестников землетрясений. В основном, они отличаются по длительности проявления. Причем амплитуды их изменяются на один Йорядок. Имеющаяся выборка данных показывает, что ,в количественном отношении высокоамплитудные аномалии более редки, нежели малоамплитудные. Механизм формирования высокоамплитудных аномалий в рамках рассмотренных моделей не может быть объяснен упругоемкостью водоносных пород, а скорее всего повышенной теизочувствитсльнр-стью и нелинейным откликом водоносных систем на деформацию, а также изменением граничкых.условий потока подземных вод в результате перераспределения систем взаимосвязанных водоносных трещинных зон. ■ .

Выводы"

1. Выявлены краткосрочные предвестнакозые аномалия уровня подземных иод к изучены пространственно-временные закономерности их проявлен}»:. Впервые показано, что краткосрочные аномалии отмечаются » зонах активных тектонических разломов и отсутствуют в слабосейсмцчнш: платформенных областях Туркменистана. На основе большой выборки аномалий выделена зависимость .амплитуды эффектов ог расстояния до тектонического разлома, а также от величины протяженности фильтра или открытого ствола.

2. Вперзые выделен новый гш аномалий - высокоамшштуд-ные изменения уровня подъемных, вод и проведен аналкз подобных на 'Примера- сейсмоактивных регионов Туркменистана и

. Северо-Восточного Китая. Установлено,' что они имеют место лишь в наблюдательных, сыжшаах со значительной протяжен-г ностью фильтра а открытого отола.расяаяоженных в зонах активных разломив. ' ' 3. Сделано предположение, что механизмы краткосрочных -'.малоамплитудных -и высохоашшиудных аномалий в большинстве случаев 'различны. Предложено несколько механизмов, от-■ ветстаенных за проявление пхдрогеологичесетх 4 аномалий, предшествующих землетрясениям: деформационный, дклатан-

сионный, дислокационный. Показано, что универсальных моделей формирования гидрогеодинамичсских аномалий для разных регионов и типов аномалий не существует из-за многообразия природных гидрогеологических условий и особенностей деформирования водонасыгцеиных массивов горны'х пород.

ГЛАВА IV. СВЯЗЬ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА С РАЗЛИЧНЫМИ ФОРМАМИ ПРОЯВЛЕНИЯ СЕЙСМИЧНОСТИ

Проведенные в последнее время теоретические и экспериментальные исследования взаимосвязи сейсмического режима и динамики подземных вод и флюидов позволяют сделать вывод о двойственном характере д'нной связи. С одной стороны, процессы реализации землетрясений обусловливают изменения в пространстве и времени режима подземных вод. С другой стороны, очевидна активная роль динамики подземных вод в процес-. сах сейсмогеперациа (J.K. Booker, А. Nur, и др.).

В настоящее время (Ч. Рихтер, К. Moni, A.B. Николаев, JI.H.' Рыкунсв и др.) известка мкогомасштабкесть сейсмического про- . цесса (форшоки, основное сейсмическое событие, афтершоки, сейсмические рои, направленная миграция землетрясений, сейсмический режим событий определенной сейсмоактивной зоны, сейсмоакустическая эмиссия и др.).- Саязь гидрогеологического режима с указанными формами сейсмичности изучена очень сла-ро и особенно на экспериментальных материалах в пределах кои- < кретного сейсмоактивного региона.. '

В настоящем разделе работы рассмотрены результаты совместного. анализа гидродинамических . процессов. и параметров сейсмического'процесса микромасштабного уровня - сейсмоа- ■ кустичесхой эмиссии (САЗ), л 'Аяхгабатском сейсмоактивном районе. При этом установлено, подобие процессов эмиссии упругой энергии при. двух типах геофизической регистрации: амплитуда УПВ или амплитуда огибающей САЭ. Сейсмо^кустиче-скими наблюдениями можно получить сведения о вариациях давления вереде, которые обусловлены вариациями давления в системе водоносных горизонтов (зон). Хотя источники вариаций давления, т. е. эмиссии упругой энергии, могут быть различными для обоих типов регистрации, изучение подобия и различий

этого процесса на различных масштабных уровнях позволяет получить новую информацию о деформациях земной коры.

Результаты совместного наблюдения САЭ и УПВ показали, что наблюдается синхронное изменение УПВ L(t) и акустического индекса Херста. Такое поведение можно объяснить с помощью механизма*генерации САЭ от фронтов просачивания подземных вод. Заметим, что этот механизм обьясняет и вариации ширины фронта просачивания.

В настоящее время многими исследователями < В.Н. Николаевский, Ю.О. Кузьмин и др.) развиваются представления о волновом характере деформационных процессов. Учитывая наличие в Копетдагском регионе.квазипериодических УПВ длительностью два года и времен пробега сейсмических волн (В.С.Безгодков и др.), нами проведен совместный анализ сейсмичности (сб. "Землетрясения в СССР") вариаций скоростей сейсмических волн и УПВ. Двойная амплитуда гидродинамических вариаций изменяется от 1,0 до 2,5 м. Для этих вариаций характерна четко выраженная волновая картина: в соответствии с удалением скважин, вдоль но разлому увеличивается их фазовое запаздывание. Оценка скорости распространения этих волн вдоль разлома проводилась по максимальным значениям соот-ветствующи.' функций взаимной корреляции между каждой парой скважин. Для всех трех пар получена близкая оценка скорости, рапная 61+3 км/год, для направления распространения волн с TOB на СЗ, Указанный волновой процесс необъясним с точки зрении фильтрационных процессов, т. ¡с. скорость передачи давления при реальных значениях фильтрационных параметров намного ниже. Формальное использование.корреляционного анализа длл этого интервала временя показало, что для особенностей вариаций УПВ также характерно временное запаздывание, соответствующее приведенной иише скорости распространение двухлетних ьолн, а именно 64*2 км/год.

Таким образом, согласно приведенным шдрогеодинамиче-скнм данным, деформационные процессы в верхней части земной коры золы Передового разлома Копетдага' имеют колебательный характер. В первом приближении их можно представить г. виде периодических еолн, распространяющихся : вдоль разлома вСЗ направления со скоростью приблизительно 60 к л/год. Колебательный характер деформационных ироцес-

сов в зоне Копетдагского разлома обнаружен впервые Ю.О, Кузьминым. Оказалось, что в рассматриваемом регионе скорость распространения такой волны составляет порядка 20 км/год.

Аномальным изменениям УЛВ, предшествующим и сопровождающим роевую последовательность землетрясений, посвящен следующий раздел этой главы. Количество землетрясений в периоды активизации слабой сейсмичности варьирует в различных пределах от 4 до нескольких десятков, а иногда и сотен сейсмических событии (Ежегодные каталоги землетрясений КОМСЭ ИС АН Т). В некоторых случаях ореолы эпицентров покрывали участок расположения наблюдательной скважины, и лишь п двух случаях были от нее относительно отдалены. Более того, при роях землетрясений характерны достаточно больший. амплитуды изменений УПВ, достигающие 48 см и связь знаков аномалий с относительным расположением скважины и эпицентров слабых землетрясений. Так, повышения УПВ типичны при роях, произошедших к западу от точек и¡'июденпй, а понижения - восточнее. Вероятно, это связано с особенностями механизмов очагов и полей напряжении ло разные стороны от разлома. Как правило, аномалии по УПВ опережают моменты начала сейсмических роев на несколько часов, а иногда отмечаются г. момент начала роев землетрясений.

Анализ связи'площадного проявления сейсмических роса и мест расположения наблюдательных скважин показал, что и некоторых случаях эта связь может быть объяснена наличием связывающих эти зоны тектонических разломов, являющихся каналами, по которым передаются деформационные возмущения. Действительно, анализируя площадное распределение предвестников. землетрясений, Г.А.Соболеп отмечает возможность распространения возмущений от очагов землетрясений вдоль сетки разломов. В частности, взаимосвязь режима в екв. Джана-хир, Зв с районом Еоджпурского рол (1988,VIII) позволила выделить разлом, соединяющий эти дка участка.

Очаговые зоны сильных землетрясений охватывают деформационными процессами приповерхностные части земной коры. Состояние флюндодииампчсскнх систем указанных зон может быть изучено с помощью глубоких скваленн пли источников подземных под, дренирующих указанные области. Анализ гид-рогеодинамических эффектов сильных землетрясений Копег-

дага показал, что период времени, за которое аномалии дебита подземных вод достигают экстремума (время нарастания tu), ■ сильно отличается в зависимости от расстояния до эпицентра толчка, Непосредственно над гипоцентром землетрясения время нарастания дебита максимально, а с удалением от него оно уменьшается на порядок. Данная особенность позволяет рассматривать время нарастания как функцию длительности деформационных процессов в очаге землетрясения и афтершоковых процессов.

Действительно, сопоставление времени нарастания дебита подземных вод и длительности афтершокового периода показывает их близкое соответствие. Темпы нарастания дебита подземных вод пропорциональны количеству афтершоков. Для повышения достоверности полученных данных мы провели оценку, времени нарастания и длительности афтершокового периода Цдля других сейсмических событий: Матсуширских роев (Япония) , 1966 г. и Таншаньского землетрясении (Китай), 1976 г.

Анализ показывает, что процессы выделения сейсмической энергии и' дефлюидиззцин в очаговых зонах развиваются приблизительно в одинаковых временных масштабах; В очаговой зоне афтершоковая активность ослабевает по логарифмическому закону (J.K. Booker, А. Nur, и др.) , отражая процессы ползучести, которые мфгут шзьшать лозшнеиие длительности нара-'стаиия норового давления в-очаге. С другой-стороны, совпадение временных масштабов рассматриваемых процессов, возможно, отражает влиягш'с процессов переноса подземных вод на разгрузку тектонических напряжений. Таким образом, совокупный анализ особенностей афтершокосой последовательности и флюидного режима очаговых зон Копетдагского сейсмоактивного региона показывает, что они могут протекать в условиях кооперативного взаш>одейспш& этих факторов.

.Вывода,,-; •■• ■■

1. Изменения сейсмоакустнческах сигналов и вариации уровня подземных вод указывают на подобие их математический структуры (фрактальные броуновские траектории, хотя и с различными индексами) и общую физическую природу. Ко-роткопериодные вариации УПВ как проявления флуктуации

порового давления и течения флюидов могут генерировать сей-смоакустические сигналы.

2. На основе комплексного анализа геофизических параметров показана возможность генерации квазидвухлетних вариаций УПВ волновыми деформационными процессами. Выделены волны напоров подземных вод, распространяющихся с ЮВ па СЗ со скоростью 64+2 км/год и периодом 22 - 25 месяцев (с 1974 по 1982 гг).

3. Установлено, что вариации УПВ являются чувствительным индикатором не только сильных сейсмических событий, но и слабых землетрясений, группирующихся во времени и пространстве.

„4. Показано наличие спязи динамики флюидодинлмлческих и афтершокопых процессов в очаговых областях близповерхно-епшх землетрясений. Выявлена зависимость времени становления гидрогеодинамичсских аномалий от длительности пфтер-шокового процесса, обусловленная динамикой деформационных процессов в пределах очаговых зои.

ГЛАВА V. СОВРЕМЕННЫЕ ГЕОДЕФОРМАЦИОНИЫЕ ПРОЦЕССЫ И РЕЖИМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

В данной главе рассмотрена связь гидрогеологического режима с современными движениями семнсй-коры путем: а) анализа изменений наклонов земной поверхности и УПВ; 6) изучения влияния крппопых подвижек в разломяых зонах на уровень подземных вод; s) анализа плнлпия еемноприливных деформаций на динамику подземных вод; г) изучения флуктуации УПВ, вызнанных колебаниями атмосферного давления..

В результате выявлена четкая корреляция аномальных изменений наклонов згмной поверхности и УПВ, которые имелН примерно одинаковую длительность. Амплитуды аномальных изменения уровня и наклонов {или рассчитанных* деформаций) соотносятся как 165 см/109 мс. дуги или 565 см/10 , а также 90см/350 мс. дуги шш 90см/10 . Величины соотношений сред-иепериодиых изменений УПВ п наклонов для трех различных скважин равны 150 см/мс. дуга; 2G0 см/1, мс. дуга; 212 см/ 1 мс. дуги.

Связь длиннопериодных колебаний УПВ и наклонов подтверждается проявлением периодических изменений. Период вариаций составлял 9-20 месяцев, а их амплитуда изменялась от 2,8 секунды до 0,3 секунды. Периоды и амплитуды периодических колебаний УПВ хорошо коррелируются одические вариации уровня запаздывают относительно изменений наклонов примерно на 30 дней.

В результате изучения связи приливных колебаний УПВ« наклонов показано, что их амплитуды соотносятся, как 1,7 см/8,ф мс. дуги - 12,5/8,6 мс. дуги или 1,7 см/10 - 12,5/10 . Отмеченц различные по своим значениям запаздывания изменений УПВ относительно вариаций наклона. Получена зависимость амплитуд основных приливных гармоник земн'оприливных колебаний УПВ и величин деформаций. Таким образом, в Копстдагском сейсмоактивном регионе выявлены различные по масштабам свя-. зи гидрогеологических и деформационных процессов.

Вместе с тем, в некоторых скважинах выявлены кратковременные вариации УПВ с амплитудой от первых сантиметров до 1м, значительная часть которых не связана с сейсмическими процессами. Подобные аномальные изменения отмечены и в режиме других геофизических полей (электросопротивление и концентрация радона). Возможным механизмом, приводящим к указанным изменениям, является дилатансионное раскрытие разлома, проанализированное для конкретных условий Копетдагско-го региона и апробированное на остове использования теоретической модели J. Rice, в случаях криповых подвижек и более медленных движений земной коры.

Следует otmcthti., что приливные вариации УПВ, наблюдаемые во многих скважинах Копетдагского региона являются специальным объектом для изучения механизма реакции системы "наблюдательная скважина - водоносный горизонт" на геодина-мичсские процессы.

В результате компьютерной обработки удалось определить теоретические и наблюденные амплитуды и фазы семи основных приливных гармоник (М2, Oi, Ki, S2, Pi, N2, Qi). Для изучения реахции системы "скважина-водоносныи горизонт" земноприливные деформации было проведено сопоставление теоретических значений деформаций в районе наблюдательных скважин и рассчитанных амплитуд основных земноприливных

колебаний УПВ. Полученная зависимость имеет, в целом, нелинейный характер, и лишь по скважине Янбаш, 12 м -линейный вид. Отсюда следует, что система "скважина - водоносный горн-зонт" является относительно чувствительным деформографом в области периодов суточных и полусуточных приливных волн и гидрогеодинамичесхими наблюдениями можно оценить изменения амплитудно-фазовых характеристик основных приливных волн.

Более того, детальный анализ материалов наблюдений позволил впервые выявить влияние тектонического разлома на приливные гидрогеодинамическис эффекты. Рассматривались значения амплитуд земноприливных колебаний УПВ в зависимости от положения наблюдательных скважин относительно разлома. Максимальные амплитуды приливных колебаний УПВ существенно отличаются по двум группам скважин, вскрывающим; терригенные четвертичные или неогеновые отложения с преимущественно пористым типом коллектора (1,7 - 3,0 см) и трещиноватые коллекторы (большей частью карбонатные), породы нижнего мела и верхней юры (2,2 -12,5 см). Изменения показателей приливных колебаний УПВ наиболее значительны на расстояниях первых сотен метров от разлома и уменьшаются по мере дальнейшего удаления от него покрайнеймередо2 км. Подобное имеет место и в результатах математического моделирования распределения напряжений, деформаций и перемещений в массиве горных пород, где зона дробления тектонического разлома аппроксимируется как цилиндрическая неоднородность (Вербицкий Т.З. и др.). . ?

Учитывая, что длины фильтра и открытого ствола имеют большой разброс в наблюдательных системах, изучение влияния длины фильтра наблюдательных скважин на чувствительность их к земнопргливным деформациям важно для оптимизации систем гидрогеодинамических наблюдений. Анализ полученных данных указывает на наличие зависимости амплитуд земноприливных колебаний уровня подземных вод от интервала водопроницаемой части наблюдательных скважин. При этом устойчивое увеличение амплитуды приливных вариаций УПВ отмечается с возрастанием длины фильтровой части наблюдатель^ ных скважин.

Дано объяснение нескольким случаям искажения нормального хода земноприливных колебаний. Аномалии, в основном, наблюдались в глубоких скважинах. Например, в скважине Ка-лининск, 15 с, в которой прежде не наблюдались приливные вариации уровня подземных вод, в период с 4 по б июля 1987 г, отмечались периодические суточные колебания уровня воды с амплитудой 1-2см. В рассматриваемый период 05.07.1987г. в 10 км юго-восточнее скважины произошло ощутимое землетрясение с М=4,4. Очевидно, что данный факт проявления приливных колебаний может быть объяснен только воздействием формирующегося очага землетрясения. Механизм проявления или искажения приливных вариаций уровня подземных вод может быть объяснен деформационными процессами, сопутствующими подготовке землетрясений. При сжатии водоносных пород, будет наблюдаться уменьшение амплитуды приливных колебаний уровня, а при растяжении - ее увеличение. Процессы подготовки сейсмических событий могут вызывать и более коротко-; перлодные эффекты, которые будут приводить к краткосрочным искажениям приливных колебаний. При деформировании , массивов горных пород изменяются значения упругих модулей, которые играют существенную роль в приливных деформациях коллекторов. ••/ • .V ••'•'■.'•■..".•••••." '':

Изменения уровня подземных вод, обусловленные вариациями атмосферного давления, также могут достигать величин, сопоставимых с амплитудами гидрогеодинамических предвестников землетрясений. Для наблюдательных скважин были впервые получены значения коэффициентов барометрической эффективности, которые изменяются в широких пределах 0,050,80 см/гПа при времени запаздывания от 0 до 24 часов. В результате с опоставления величин коэффициента барометрической эффективности и глубин залегания водоносных пород была выявлена тенденция возрастания коэффициента с увеличением глубины.' ;•..•;.•.■.■• .■;•' "у'-Ь:'\Л кЛЛ'I''К/

Результаты наблюдений за земноприливными и барическими колебаниями УПВ использованы для определения фильтрационных и упругих характеристик пластов в условиях есте-сткг.нного залегания (ш вииУ.Так, Для скважины Маныш,13 р' были определены значения коэффициента упругоемкости: по

приливным данным равное 0,75-10"8 см"1 и барическим - 0,81 -10~8с.ч~'. .

Выводы

1. На основе совместного анализа связи гидрогеологических и деформационных процессов сделан вывод о том, что гидродинамика глубоких подземных вод может быть связана с режимом деформирования трещинных водонасыщенных зон сейсмоактивных тектонических разломов. Значительная часть короткопериодных изменений не может быть объяснена воздействием сейсмических явлений, что, видимо, говорит о влиянии несейсмичсских процессов (криповых подвижек, более медленных движений земной коры). Предложена возможная интерпретация вариаций уровня воды, обусловленных асейсмическим дилатансионным раскрытием разлома.

2. Выявлены основные факторы, определяющие; приливную тензочувствительность системы "скважина - водоносный горизонт" (длина фильтра или открытого ствола скважины, тип коллектора). Впервые по данным земноприливных колебаний УПВ выявлено влияние тектонического разлома как неоднородности, определяющей реакцию на земнопршшвные деформации. Выявлены аномальные изменения амплитуды земноприливных колебаний УПВ перед некоторыми сильными землетрясениями Копетдагского региона, выражающиеся в исчезновении или, наоборот, появлении, а также в различных формах искажения нормального хода земноприливных колебаний УПВ. Показана целесообразность использования данных о земноприливных изменениях УПВ как прогностического признака.

3. Впервые получены величины коэффициентов барометрической эффективности, варьирующие в пределах 0,050,8 см/гПа при отн сительном запаздывании от 0 до 24 часов. Максимальная амплитуда проявления колебаний УПВ, вызванных действием атмосферного давления, может достигать величин, соизмеримых с амплитудами пщрогеодйнамических предвестников. Выявлена тенденция-увеличения величины коэффициента барометрической эффективности с возрастанием глубины водоносных горизонтов и периода баровармаций. Аномально высокие значения коэффициента барометрической эффективности могут.быть объяснены условиями залегания и упругими

свойствами водоносных пластов. Установлена изменчивость ко-эффициента.барометрической эффективности во времени. Показана возможность определения емкостно-фильтрационных свойств водоносных пород поданным наблюдений земноприлив-ных и барометрических колебаний УПВ.

ГЛАВА VI. ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ В ПРОБЛЕМЕ ОЦЕНКИ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ И ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

Известно» что интенсивность проявления землетрясений зависит от особенностей грунтовых условий и оценка сейсмической опасности при сейсмическом микрорайонировании в зна-. читсльной степени определяется сейсмологическими, инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями исследуе-Snoroрайона, „•/ ":'.".'.'/• V,

Согласно результатам инструментальных исследований по сейсмомикрорайонированию изменение балльности в зависимости от У ГВ подчиняется в лессовых грунтах показательному закону, а на обводненных галечниках влияние воды на интенсивность сейсмических колебаний практически не сказывается. Полученная закономерность.: (C.B. Пучков, Дж. Гарагозов) для скоростей сейсмических колебаний в продольной и поперечной волне для песчано-глинистых грунтов представляет. собой гиперболическую кривую с показателями степени, равными 1/6, Ими же предложена формула' для определения оценки приращения балльности за счет изменения уровня грунтовых вод на

1 - 2 балла..... . . . . .._ С ......

Указанная закономерность показывает на необходимость учета гидродинамического режима, грунтовых вод при оценке ; интенсивности сейсмических колебаний при землетрясениях. Это связано с тем, что подъем, уровня подземных вод, особенно для песчано-глинистыхгрунтов, увеличивает интенсивность сейсмических колебаний, а при положении УГВ12 - интенсивность не зависит от глубины УГВ,

Действительно, анализ данных изменения балльности в за-вигимости от грунтовых условий и глубин залегания грунто-' вых вод при землетрясениях Ашгабатского района в начале м в конце 60-х годов показал, что при неизмененных грунтовых

условиях приращение балльности произошло вследствие изменения УГВ, глубина залегания не превышала 10 -12 м. На основании этого ими получена кривая, по которой прослеживается приращение балльности в зависимости от УГВ. Но на основании изменения сотрясаемости от землетрясений в зависимости от грунтовых и гидрогеологических условий (УГВ) в период 1962 и 1969 гг. C.B. Пучковым и Дж. Гарагозовым предложена зависимость интенсивности проявления землетрясений в баллах от грунтовых условий и глубин залегания грунтовых вод.

Учитывая это, нами сделана попытка использования результатов моделирования фильтраций грунтовых вод для оценки влияния гидродинамических условий на сейсмическую со-трясаемость на примере Гекдспинского массива. На основе решения задач по прогнозу УГВ на Гекдепинском массиве построены карты гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод ка период 1985, 1990, 1995 и 2000 гг. Точность разработанных прогнозных карт на период 1985 и 1990 гг. + 4,50 %, что свидетельствует о кондиционности исходного материала. На основе моделирования с использованием известных методик были построены карты сейсмической сотрясаемости и приращения балльности для участков Гекдепинского массива.

Для проверки результатов прогнозирования сейсмической интенсивности в баллах по предлагаемым картам были использованы объекты, прогнозы балльности для которых были выполнены традиционным способом (Э.М. Эсенов). Величины относительных погрешностей не превышают 10%, что позвол.чет использовать гидродинамические методы для прогнозирования сейсмической сотрясаемости на перспективу с учетом динамики УГВ.

Более того, гидрогеодинамический мониторинг является составной частью в создаваемой Республиканской системе сейсмических наблюдений и прогноза землетрясений в соответствии с Постановлением Президента Туркменистана С.Туркмекбаши. Из анализа подобных систем, созданных и развиваемых за рубежом в КНР, США, Японии и др., гидродинамическому мониторингу для задач оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений придается большое значение. В нашей стране гидрогеодинамический мониторинг осуществляется в ИС АНТ и Гидрогеологическом тресте ПО "Туркменгеология". Существу-

юшая сеть наблюдений в Туркменистане является одной из уникальных в мире по количеству наблюдательных скважин и исследуемых характеристик подземных вод, однако она требует пере-оснощсния современными приборами.

Основными задачами данной системы являются:

1. Слежение за фоновыми вариациями гидрогеодинамических показателей естественной и техногенной природы в целях оценки их влияния на изменение геофизических показателей, термобарических параметров среды (в областях потенциального проявления техногенной сейсмичности) и сейсмической сотрясасмости территорий.

2. Выделение прогнозных изменений гидрогеодинамических показателей.,

' Важнейшим принципом размещения пунктов термофлюидо-динамических наблюдений является информативность получаемых данных, которая, главным образом, определяется степенью тензочувствитсльности наблюдательных систем. Данные скей-линга и изучения влияния разломов, полученные нами, указыва-. ют на необходимость расположения наблюдательных скважин в непосредственной близости от тектонических нарушений с их оптимальной конструкцией. Для решения второй задачи исследований наибольшая информативность может быть получена при пространственном совмещении границ протекания изучаемых процессов.

В региональном плане гидрогеодинамическая система охватывает всю территорию Туркменистана и сосредоточена в четырех зонах, выделяющихся по совокупности геолого-геофизических, сейсмологических и гидрогеологических особенностей: а) Копетдагская зона, охватывающая складчатую область Копетда-га и Предкопетдагский прогиб; б) Небитдагская зона, охватывающая западную часть Туркменистана; в) Говурдак-Кугитанская зона, охватывающая территорию Юго-Восточного Туркменистана; г) Гарагумская зона, включающая относительно слабо сейсмоактивные районы Гарагумов. .

с Важным при создании гидрогеодинамического мониторинга является комплексирование с другими составляющими государственной системы наблюдений по оценке сейсмической опасности

и прогнозу землетрясений, что делает необходимым их совмещение с, локальными пространственными составляющими других подсистем.

Другим важным аспектом создания системы гидрогсодина-мического мониторинга является оперативное обеспечение последней в эпицентральных зонах ожидаемых и произошедших землетрясений, которые требуют инвентаризации и создания банка данных по фонду пробуренных скважин, источников подземных вод и оперативного бурения специальных наблюдательных скважин в этих районах. Основными направлениями развития гидрогеодинамичсскоЙ! подсистемы являются:

1. Оптимизация региональной сети гидрогеодинамических наблюдений.

.2. Формирование локальной сети для детализации пространственно-временной структуры аномалий путем создания локальных кустов скважин, вскрывающих различные водоносные горизонты по глубине в пределах одного участка, и зональных кустов с направлениями вкрест и вдоль основных ссисмогенных зон. Это позволит приблизиться к вопросу изучения гидрогеоде-формационного поля.

3. Оснащение наблюдательных пунктов комплексами наблюдений за метеорологическими показателями, влияющими на изменение гидрогеодинамических параметров.

4. Создание центров сбора и обработки данных, обеспечение оперативных коммуникаций между пунктами наблюдений.

5. Создание, внедрение и адаптация системы обработки гнд-рогеодинамической информации в реальном масштабе времени, • интегрированной в системы баз и обработки данных сейсмопрог-ностического центра.

Основными направлениями интерпретационных и теоретических исследований связи динамического режима подземных вод с сейсмическими и геодеформационными процессами явл* отся:

1. Выработка методики анализа прогнозных ситуаций типа "пропуск цели" и "ложная тревога" с выделением основных факторов, определяющих указанные сценарии на основе создания человеко-машинной диалоговой системы.

2. Построение карт эволюции гидрогеодеформационногополя Копетдагского региона, основанной на учете всех определяющих структуру гидродинамического поля факторов.

3. Определение импульсных и фазовых характеристик системы "скважина - водоносный горизонт" как фильтров низких-частот с целью оценки потенциальных возможностей наблюдательных скважин для локации геодеформационных и сейсмических возмущений различного амплитудно-фазового состава.

4. Разработка количественных моделей формирования гидро-геодинамических аномалий, проявляющихся в процессе подготовки, реализации и релаксации сейсмических процессов в Ко-петдагском регионе.

Выводы

" 1. Показана возможность использования данных моделирования динамики подземных вод для оценки сейсмической интенсивности территорий с техногенной нагрузкой. Предложена необходимость реализации гидрогеодинамического мониторинга для оценки сейсмической опасности в условиях техногенных изменений Предгорной равнины Копетдага.

2. Предложены пути дальнейшего развития и функционирования гидрогеодинамического мониторинга как составной части государственной системы сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений. Определены направления развития теоретических и методических исследований по гидрогеодинамиче-скому мониторингу для изучения сейсмичности и геодинамики Копетдагского региона.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований создана научная основа гидрогеодинамического мониторинга и разработан научно-методический комплекс по оценке сейсмической опасности и прогнозу землетрясений в Туркменистане. Основные выводы работы сводятся к следующему:

с 1. Выявлен сложный характер реакции резервуаров подземных вод на геодеформационные возмущения. Предложено, что детальному изучению связи гидрогеологического режима с зем-

летрясениями будет способствовать только комплексный подход в выяснении соотношения гидродинамического режима с основными формами проявления сейсмичности (сильные землетрясения, сейсмические рои, афтершоки, миграция землетрясений), а такжетнпами аномалий (предвестники, ко- и постсейсмические аномалии в гидрогеологическом режиме), влияния на гидрогеологический режим других геодинамических процессов (земные приливы, атмосферное давление, современные движения земной коры).

2. Впервые выполнен детальный анализ большого объема гидрорежимных материалов в периоды проявления сильных и ощутимых землетрясений Копетдагского региона. Разработаны методические подходы совместного ретроспективного анализа сейсмического, гидрогеологического и гидрологического режимов с использованием современных интерпретационных схем для качественного и количественного анализа связи гидрогеодп-намических эффектов и сейсмических явлений.

3. Выявлены особенности проявления аномалий в режиме подземных вод в период Газанджикского 1046 г., Ашгабатского 1948 г., Бурунского 1984 г. землетрясений. Показан сложный характер проявления гидрогеологических эффектов сильных землетрясений Копетдага, являющихся информационной основой проблемы оценки сейсмической опасности и прогноза землетрясений.

4. Впервые определены корреляционные связи пространственно-временных особенностей и характеристик проявления гид-рогеодинамических аномалий: а) зависимость амплитуды гидрогеологического эффекта от эпицентрального расстояния землетрясений; б) связь пространственных распределений амплитуд аномалий с косейсмнческим полем распределения деформаций и сейсмодислокаций. Впервые детально изучена реакция источника подземных вод (Арчман) на сейсмические процессы и выявлены корреляционные связи количественных характеристик аномалий и землетрясений для отдельно взярй фиксированной точки наблюдения: а) амплитуда гидрогеодинамических эффектов на источнике Арчман зависит от величины косейсмнческих деформаций и имеет нелинейный характер; б) длительность восстановления аномальных изменений прямо зависит от интенсивное™ (амплитуды) аномалий, магнитуды землетрясений.

5. Выявлены кратковременные изменения УПВ, которые типичны зонам активных тектонических разломов и отсутствуют в слабосейсмичных платформенных областях Туркменистана. Установлена зависимость амплитуды эффектов от расстояния до тектонического разлома, а также от величины протяженности фильтра или открытого ствола наблюдательной скважины.

6. Выделен отдельный класс аномалий УПВ (высокоамплитудные) и впервые проведен сравнительный анализ таких флуктуации гидрогсодннамического поля в пределах Туркменистана и Северо-Восточного Китая. Предложены механизмы кратковременных малоамплитудных и высокоамплитудных гидрогеодина-мических аномалий, предшествующих землетрясениям.

7. Установлено, что изменение ссйсмоакустических сигналов и вариации УПВ характеризуются подобием их математической

^структуры (фрактальные броуновские траектории, хотя и с различными индексами). Короткопериодные вариации УПВ как проявления флуктуаций порового давления и течения флюидов вызывают выделение ссйсмоакустических сигналов. Показано, что вариации УПВ имеют место не только в период сильных сейсмических событий, но и слабых землетрясений, группирующихся во времени и пространстве. Установлен высокий уровень корреляции разгрузки подземных вод и сейсмической энергии в очаговых областях сильных землетрясений региона. .

8. Выявлены контрастные связи гидрогеологических и деформационных процессов, обусловленные особенностями режимов деформирования трещинных водонасыщенных зон сейсмоактивных тектонических разломов. Впервые в пределах Копетдагского сейсмоактивного региона на большом экспериментальном материале определены основные факторы, определяющие приливную тензочувствительность системы "скважина - водоносный горизонт". Показано, что определяющее влияние на амплитуды зем-ноприливных колебаний уровня оказывает длина фильтра или открытого ствола скважины (скин-эффект)Впервые по данным земноприливных колебаний УПВ выявлено влияние тектонического разлома как неоднородности, определяющей реакцию на земнопрщшвные деформации. Выявлены связи земноприливных колебаний УПВ с вариациями наклонов земной поверхности, электросопротивления горных пород, концентрации радона в подземных водах.

9. Определены емкостно-фильтрационные свойства водоносных пород по данным наблюдений земноприливных колебаний УПВ, отличающихся в сейсмоактивных регионах относительным непостоянством. Впервые оценены величины коэффициентов барометрической эффективности, варьирующие в пределах 0,050,8 см/гПа при относительном запаздывании от 0 до 24 часов. Показано увеличение величины коэффициента барометрической эффективности с возрастанием глубины водоносных горизонтов. Установлено, что аномально высокие значения коэффициента барометрической эффективности связаны с условиями залегания и упругими свойствами водоносных пластов. Установлена изменчивость коэффициента барометрической эффективности во времени. Максимальная амплитуда проявлении колебаний УПВ, вызванных действием атмосферного давления, может достигать величин, соизмеримых с амплитудами гидрогеологических предвестников землетрясений.

10. Показана возможность использования данны* динамики подземных вод для оценки сейсмической сотрясаемости территорий с интенсивной техногенной нагрузкой. Предложены пути дальнейшего развития и функционирования гидрогеодинамиче-ского мониторинга в государственной системе наблюдений по оценке сейсмической опасности и прогноза землетрясений в Туркменистане.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Особенности поля эманации, температуры и гидродинамического режима в эпицентральной зоне тектонического землетрясения //Сообщения Объединенного института ядерных исследований.- Дубна, 191о.-18-86-708.- 6 с (соавторы: Аширов Т.А., Ишанкулиев Дж., Джолос JI.B., Меркина К.И., Третьякова С.П.),

2. Развитие исследований по изучению связи режи^_. подземных вод с сейсмическими процессами в Туркменистане // Тез. научн.-практич. конф. "Геологическая наука Туркменистана за 70 лет".-Ашхабад: Ылым, 1987.- С. 57-58.

3. Возможная интерпретация вариаций уровня подземных вод, сопровождающих асейсмические подвижки по разлому // Пути интенсивности геологических исследований в Туркмени-

стане: Тез. докл. научно-практической конференции НТО-гор-ное.-Ашхабад: Ылым, 1987.- С. 89-90 (соавтор: Ишанкулиев Д.).

4. О гидрогеологических эффектах Казанджикского землетрясения 1946 г. // Известия АН ТССР. Сер.ФТХиГН. - 1988. -№ 1. - С. 96-99 (соавтор: Аширов Т. А.)

5. Эманационные исследования на нефтеносной площади Кум-Даг и структуре Кобск // Сообщения Объединенного института ядерных исследований.- Дубна, 1988.- 18-88-713.- 6 с (соавторы: Ишанкулиев Дж., Третьякова С.П., Аширов Т.А., Ния-зовА.М., Меркина К.И., Джолос Л .В.) .

6. Некоторые результаты анализа режима глубоких подземных вод в Ашхабадской сейсмоактивной зоне // Изв. АН ТССР. Сер. ФТХиГН. - 1989. - № 2. - С. 65-71 (соавторы: Аширов Т.А., Беликов В.М.).

7. The invcstigation of the hcat mass transfcr proccsses at 1 Ashgabat scismoactivc zone // International Simposium "Thermal

evalution of lithoshere and proccsses in the earth's interior". Abstracts. - Moscow. - 1989. - P. 9-10 (Co-author: Ashirov T.A.).

8. Мониторинг земных приливов гидрогеологическим методом в Цснтрально-Копетдагском сейсмоактивном районе // Известия АН ТССР. Сер. ФТХиГН. -1989. - № 5.- С. 80-87 (соавтор: Ашнроп Т.А.).

9. Флюидный режим зоны Передового разлома Копстдага // Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов", 31 октября - 3 ноября 1989 г.Иркутск, 1989.-С. 166-168 (соавторы: АшировТ.А., Беликов В.М., Киссин И.Г., МилькисМ.Р.)

10. О зависимости коэффициента барометрической эффективности от глубины залегания водоносных пород // Изв. АН Т. Сер.ФТХиГН.-1990.-№ 1.-С. 103-105 (соавторы:АшировТ.А., Беликов В.М.).

11. Вариации концентрации радона в подземных водах и уровня в глубоких скважинах, связанные с земными приливами в Центрально-Копстдагской сейсмоактивной зоне // Изв. АН Т. Сер. ФТХиГН. -1990. - № 4.- С. 105-107 (соавторы: Аширов Т.А., Атаев С.).

с 12. Экстремальные вариации уровня подземных вод в сейсмоактивном районе / /Докл. АН СССР. -1990. - Т. 314. - № 5.- С. 1099-1103 (соавторы: Киссин И.Г., Беликов В.М.).

13. Исследование гидрогеологических условий тектонических разломов Копетдага //Материалы XIV Конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири.- Иркутск, 1990- С. 142-143 (соавтор: Атаджанов Б.Р.).

14. Земпопрнливные изменения концентрации радона и уровня в глубоких скважинах в Цснтралыго-Копетдагской активной зоне // Материалы XIV Конференции молодых научных сотрудников по геологии и геофизике Восточной Сибири.- Иркутск, 1990 С. 143-144 (соавтор: Атаев С.).

15. Термофлюидодинамические предвестники землетрясений в Копетдагском регионе //Тезисы докл. Советско-китайского симпозиума по прогнозу землетрясений.- Гарм, 1990. - С. 26-27 (соавторы: Аширов Т.Л., Атаев С., Батиков В.М.).

16. Особенности сейсмической дефлюидизации земной коры в Копетдагском регионе // Дегазация Земли и геотектоника: Тезисы докладов III Всесоюзного совещания.- М.: Наука, 199i.- С. 60-61 (соавтор: Розымурадов М.Д.).

¡7. Выявление гармонических компонентов при течении вариации радона з подземных водах // Дегазация Земли и геотектоника: Тезисы докладов III Всесоюзного совещания. - М.: Наука, 1991. - С. 227-22S (соавтор: Атаев С.).

18. Гидрогеодипамические эффекты современных движений земной коры в Центрально-Копстдагском районе // Тезисы докладов XII Межведомственною совещания по изучению современных движений земной коры на гсодинамических полигонах, 13-53 мая 1991 г. - Ташкент, 1991. - С. 53 (соавтор: Ашироп Г.А.).

19. Краткосрочные гидрогеологические эффекты как показатель геодинамической активности зоны Передового Копетдаг-ского разлома // Доклады АН СССР. - 1992.- Т. 322. - № 1.- С. 69-74 (соавторы: Кисспн И.Г., Беликов В.М.).

20. Short-term hydrogcologic effects at the index of geodynamic activity oi the Front fau't of Kopetdagh. Book of Abstracts of the XVII General Assembly of the European Geophysical Society, Edinbyrgh, 1992.

21. Hydrodynamic cffects caused by stress variations before and after earthquakes in Turkmenistan //Programme and abstracts XXIII General Assembly-of the European Seismological Commission. Prague, Czechoslovakia, 1992,- SC-E2/21 (Coauthors: Asliirov T.A., Belikov V.M., Kissin l.G.) •

22. Hydrogcological effccts at the Kopetdagh front fault //Programme and abstracts XXIII General Assembly of the European Seismological Commission. Prague, Czechoslovakia,7.-12. September. - 1992. - SC-E2/24 (Co-authors: Ashirov T.A., Beli-kovU.M., Kissin I.G.).

23. О влиянии регионального разлома на гидрогеологические эффекты геодинамнческих процессов//Доклады РАН, - 1992.Т. 324. - № 2.- С. 297-302 (соавторы: Киссин И.Г., Беликов В.М.).

24. Многомасштабность процесса вариаций уровня подземных вод и структура фронта просачивания //Доклады РАН.-

1992. - Т. 324. - № 4.- С. 835-841 (соавторы: Бердыев А.А.,Аши-ров Т.А., Мухамедов В.А.).

25. Аномалии фрактальных размерностей в сейсмоакустиче-ских и гидродинамических временных рядах в Ашхабадском сейсмоактивном регионе // Проблемы прогноза землетрясений на территории Тянь-Шаня: Тезисы докладов 1-го Казахстанско-ки-тайского симпозиума, 24-30сентября 1992 г.- Алма-Ата, 1992.-С. 197-198 (соавторы: Ашнров Т.А., Мухамедов B.Á.).

26. Гидрогеологические эффекты в зоне передового Копетдаг-ского разлома как показатель ее геодинамической активности //Проблемы прогноза землетрясений на территории Тянь-Шаня: Тезисы докладов 1 -го Казахстанско-китайского симпозиума, 24-30 сентября 1992 г.-Алма-Ата, 1992.-С. 199-200 (соавторы: Киссин И.Г., Беликов В.М.),:

27. High Amplitude Hidrogeologic Precursors of Earthquakes in Seismic regions of the Former Soviet Union and China: a Comparative Analysis// Journal of Earthquake Prediction Research.-

1993.-V. 2.-№ 1.-P. 89-103 (Co-authors:KissinI.G.,BelikovV.M., Wang Cheng- min, Zhang Wei, Dong Shouyu, Jia Huazhou, Wan Dikun).

28. Фронт просачивания подземных вод как источник высокочастотного сейсмического шума // Изв. АН Т. Сер.фТХиГН.-1993.-№2. С. 100-103 (соавторы: Аширов Т.А., Мухамедов В.А.).

29. Peculiarities of vertical change of heat flow in the main structural - tectonic zones of Turkmenistan //Annales Geophysical. -1993.-Supplement I. V I1,-Part I. -Solid Earth Geophysics and Natural Hazards, C. 32 <Co-author. Ashirov T.A.).

30. Borehol temperatures near the Kopet-dagh Front Fault in Turkmenistan and comparison with other geophysical parameters

<

Ishankuliev G.A.

Dynamic Mode of Underground Waters of Kopetdagh Seismoactivity region

In the work there is studied the reaction of dynamical parameters of ground waters on earthquakes, modern movements of Earth crust, Earth tides and atmospheric pressure.

The studies resulted in following main conclusions: There were studied the transscale (in the band of deformation from 10-9 to 10-5) regularities of the strain sensitivity of the system including observation well and aquifer (zone), manifested in the non-linearity of its reaction and constituting a fundamental base for conducting of „the hydrogeddynamical monitoring of geodeformational processes.

There were established some spatial-temporal regularities of the hydrogeological mode manifestations determined by tb c scismicity of the Kopetdagh region consisting in the influence of the epicentral distance and value of deformations on the amplitudes of the hydrogeological effects as well as dcpendance of the relaxation time of the hydrogeological anomalies from the earthquakes magnitude -and the value of deformations.

There were exposed the main factors, determining the strain sensitivity of the system including observation well and aquifer (zone), such as a distance from the tectonic fault, length of the open well bore or filter and type of collector.

There was performed a classification and exposed the localization in the zones of lha active tcctonic faults and main mechanisms of formingof short-term and high-amplitude anomalies of the ground water level caused by Earthquakes and geode-forinational processes»a Kopetdagh seismicaly active region.

There was studied in details the connection between the ground water level fluctuations with long-period and short-period r..odem movements of the Earth crust, Earth tidal deformations and. variations of atmospheric pressure, There were exposed the main factors determining the tidal strain sensitivity and there were shown the pecularities of the test wells reactions on the variations of atmospheric pressure.

>

There were shown the applied aspects of utilization of the hydrogeodynamic researches in the seismically active regions and proposed the perspectives of their development in the system of the seismogeophysical monitoring in Kopetdagh seismicaly active region.

Заказ Ars SSO

Тираж -¿QQ

Индивидуальное предприятие «ГАРЛАВАЧ» 744012 г. Ашгабат, ул. Советских пограничников, 92а.