Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Влияние сейсмичности на гидрохимическую обстановку района Кавказских Минеральных Вод

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Влияние сейсмичности на гидрохимическую обстановку района Кавказских Минеральных Вод"

Министерство Высшего и среднего специального образования РСФСР

Московский ордена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им.Серго Орджоникидзе

На правах рукрпцси П Р У Ц К А Я Любовь Дмитриевна

УДК 550.0348,436:001.18: 556.314 (470.638)

Влияние сейсмичности на гидрохимическую обстановку района Кавказских Минеральных Вод

специальность 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических Наук

Москва 1990

Работа выполнена в Новочеркасском политехническом Институте иа.С.Ордяоникидзе и ПГО "Севкавгеология" Мингео СССР

Научныо руководители: доктор геолого-минералогичэски; нау И.Г.Киссин,

доктор геолого-минералогических нау профессор Л.И.Гавришин

ь

Официальный оппоненты: доктор геолого-минералогических на В.И.Кононов,

кандидат геолого-иинералогических '.B.C. Серебрянников Ведущая организация: Пятигорский Институт курортологии и физио терапии

Защита состоится "¿б* " 1990 г. в час. не

заседании специализированного Совета К 053.55.04 в Московском геологоразведочном институте им.С.Орджоникидзе.

Отзывы на автореферат в I экземпляре, заверенном печатью учреадениЯ|.просим направлять ученому секретарю Совета по адр« II? Москва, ул.Миклухо-Маклая,23. С диссертацией можно ознакоь сп в библиотеке Института.

Автореферат разослан " и^егл 1990 года

Ученый секретарь Специализированного совета

Д.М.Чумакова

•ВВЕДЕНИЕ

В последнее десятилетие при поисках предвестников землетрясений ошш обнаружены многочисленные гидрохимические эффекты, связанные с усилением сейсмической активноегн. В районах, где наблюдаются сейсмические и другие современные процессы, особое значение приобретает изучение влияния таких процессов на режим подземных и, в частности, минеральных вод, их качество и ресурсы.

Цель работы. Целью работы является выяснение характера влияния современных геодинамических процессов на химический состав подземных вод района Кавказских Минеральных Вод (Ю.Ш).

Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

- разработать методику наблюдении за изменениями концентраций гидрохимических компонентов и обработки данных для достоверного выделения сейсмогидрогзслогпческил э&ьгктев;

- выявить особенное!:! проявления гидрохимических эффектов, связанные с сейсмичность,«;

- оценить масштабы гидрохимических изменений под воздействием сейсмичности.

Актуальность работы. Район Ю/.В представляет собой уникальную группу месторождений минеральных вод, рациональное использование и охрана которых являются важной государственной задачей. Этот район сейсмически активен, и процессы подготовки землетрясений и caw сейсмический удар могут приводить к изменениям ресурсов и качества минеральных вод. Возможность образования сейсмогидрохимических ано-. малий должна учитываться при исследованиях режима всех типов подземных вод, закономерностей их распространения и формирования, планировании эксплуатации подземных вод. Специфический характер реакции гидрохимических показателей на землетрясения с разными характеристиками позволит использовать эти показатели для поиска предвестников землетрясений.

Методы исследований и фактические материалы. Фактические данные собраны в процессе специальных работ по поискам предвестников землетрясений, проводимых Центральной геологосъемочной экспедицией ПГО "Севкавгеология" в 1979-1986 г.г. Обработаны материалы рехишшх наблюдений по месторождениям минеральных вод, выполненные гидрогеологическими службами Редиино-эксплуатационного управления Кавиинвод.

Для исследования влияния сейсмичности на гидрохимическую обстановку района КМВ в разное время были привлечены сведения о режимных Наблюдениях более чей по <10 скважинам, в том числе, использовались данные регулярных наблюдений аа гидрохимической обстановкой района КМВ, полученные по специально созданной под руководством автора сети из 5 скважин в 1979-1986 г.г.

Автором разработана методика сейсмогидрогеологических исследований применительно к району КМВ; обоснован выбор о'тимальной частоты наблюдений, определено понятие фоновых и аномальных значений, усовершенствованы способы обработки дискретных рядов наблюдений и выделены гидрохимические аномалии, связанные .с геодинамическими

. процессами.

Научная новизна. Впервые для района КМВ установлено влияние слабой сейсмичности на гидрохимический режим подземных вод. На при-

■ пере месторождений минеральных вод показано, что усиление сейсмич-

' ности недр приводит к изменениям-водопроводимопти Пород, перераспределению запасов минеральных вод и изменению их качества. На основании анализа внутрисуточных, месячных и многолетних вариаций гидрохимических показателей впервые выделено влияние на химический состав подземных вод солнечной активности и лунно-солнечных приливно-отлив-иых сил.

Практическое значение. По разработанной методике проводились гидрохимические исследования на Кавминводок;л прогностическом поли-

■ гоне. Нецрторыа положения этой методики использ1атся при обработке

' данных гидродинамических наблюдений, получаемых на специализированной региональной сети с целью поисков предвестников землетрясений. Выявленная нестабильность газового и химического состава подземных вод, вызванная такими режимообразующими факторами, как землетрясения, влияние притяжения Луны и Солнца, изменение солнечной активности, требует учета воздействия этих факторов на режим гидрохими- ■ ческой системы при разведке пресных и минеральных подземных вод и их геолого-промышленной оценке, изучении режима и условий формирования подземных вод, прогнозе землетрясений, а такжё при планировании вксолуатации месторождений минеральных вод.

_____ На основе приведенных исследований создана под руководством и

при участии автора диссертации система наблюдений, которая действует в течение десяти лет. С помощью атой системы осуществляются поиски гидрогеологических предвестников землетрясений в районе КМВ.

Запииаемые положения.

1. Землетрясения как сильные, тая и слабые местные оказывают

и

влияние на гидрохимческую обстановку района КМВ. Она проявляется в виде: короткопериодных и длиннопернодных аномалий концентраций химических компонентов подземных вод, в том числе и -бальнеологически активных; повышения уровня варьирования чувствительных в сейсмическим возмущениям компонентов; появления в пробах воды и газов нехарактерных для них компонентов.'

2. На примере сейсмоактивного района КМВ обоснована и создана рациональная методика наблюдений и оперативной обработки данных для выявления эффектов воздействия сейсмических процессов на. подземные воды.

3. Выявлена реакция гидрохимических показателей на лунно-солнеЧ- ' ные приливные возмущения, которая характеризует чувствительность • этих показателей к деформациям порядка 10"®. При подготовке слабых

и средних землетрясений, крторые нередко происходят в районе КМВ, деформации превышают эту величину (10"®). Следовательно, применяемая методика исследований достаточно наделена для--выделения сейсм1-гидрохимических аномалий.

4. Сейсмические и космические факторы по масштабам влияния на . гидрохимический режим подземных вод района КМВ сопоставимы о другими режимообразующичи факторами и могут вызвать существенные изменения минерализации подземных вод и химического состава вод и газов. Это необходимо учитывать при геолого-промкшленной оценке месторождений и планировании эксплуатации минеральных вод.

Апробация работы. Основные выводы и положения диссертационной работы доложены.автором: на расширенном заседании координационной группы по газо-геохимическим методам поиска нефти и газа з Сяно-Каспийской впадине Меяведомстг,?. ч .'о совета по проблеме "Научные основы геохимических методов поисков полезных ископаемых" в Баку (1982 г.); на Всесоюзном научно-техническом семинаре во ВСЕГИНГЕО "Методика и организация наблюдений за режимом подземных вод для прогноза землетрясений (1983 г.); на Всесоюзном совещании "Гидрохимические исследования на прогностических полигонах" в г. Алма-Ате (1983 г.). Методика выбора фоновых значений гидрохимических показателей и принцип выделения сейсмогенных аномалий вошли в выпущенный Министерством геологии СССР "Доклад о наиболее важных отечественных и зарубежных достижениях в области науки, техники и произ-

водстве в геологии и разведке надр ва 1984 г.". В I90Ь г. резуль таты работы били доложены в Рехимно-эксплуатациониом гидрогеологи ческом управлении Кавминвод и на расширенном заседании Научно-тех нического горного общества Кавмннводскон гидрогеологической экспе диции ПРО "Севкавгеология", в 1988 г. - на Всесоюзном соиоцании "Современная динамика литосферы континентов" в п.Черноголовка Нос кобской области, в 1989 г. на армянской станции ГЕОХИ ЛИ СССР.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ и эац щено три производственных отчета.

Структура н объем работы. Диссератционная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературп. Она содср;,шт УС страниц' машинописного текста, 24 рисунков и И таблиц, список литературы состоит из Иб наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность научным руководителя!.! доктору геолого-минералогических наук И.Г.Киссину и доктору геоло го-минералогических наук профессору А.И.Гавришшу за постоянную п> мощь в работе.

За советы и содействие в работе автор искренне признателен доктору геолого-минералогических наук Г'.И.Войтову, кандидатам гео лого-минералогических наук В.Г.Тимохину и А.Б.Островскому; М.Л.Гр< ковой, И.И.Грекову, В.В.Батицеву, А.А.Годзиковской; коллегам по р; боте - Л.В.Пшеничному, Н.В.Батуриной, Р.Я.Мосиенко.О.Б.Глинской, Л.В.Растос, Л.М.Косянчик, О.И.Кокаревой и Н.П.Касьянову.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Общие аспекты сейсмической гидрогеологии

Сейсмическая гидрогеология родилась на стыке двух направлен^ наук о Земле - гидрогеологии и сейсмологии. Это новое научное направление интенсивно развивается последние полтора десятилетия в связи с поисками предвестников землетрясений. Предметом ее исследс ваний является изучение особенностей режима подземных вод (их химу ческого состава, уровней и температуры), связанных с подготовкой землетрясений, сейсмическими толчками и их последствиями. Различие го рода гидрогеологические эффекты, известны с глубокой древности. В исторических записях встречаются сведения об .изменениях напоров, уровней, расходов, частоты пульсации, перемещениях выходов источников и других параметрах, которые могли фиксироваться при визуаль

шх наблюдениях (Т.Рикитаке). Целенаправленно, по широкому кругу '.араметров, сейсмогидрогеологические эффекты начали изучать с 1966г.

после Ташкентского землетрясения. В результате выявлен широкий шектр газо-гидрохимических показателей, аномальные изменения кото-|ых проявляются в макро- и микрокомпонентном ионно-солевои, изотопом и газовом составах подзе.шых вод, а тагае в изменениях фиэичес-их и гидродинамических параметров подземных вод и газов,

В сейсмической гидрогеологии можно выделить два основных на-равления, одно из которых связано с изучением влияния зенлетрясе-ий на гидродинамический, а второе - на гидрохимический режимы поденных вод. В ходе прогностических исследований произошло обособле-ие двух разновидностей предвестников- гидрогеодинамических и гид-огеохимических, которые отличаются по объектам и методам наблюде-ий.

В монографиях И.Г.Киссина, Д.Г.Осики, А.Н.Султанходяаева, С.У. атипова и др., в трудах В.И.Уломова, Б.Э.Мавашева, С.И.Зубкова, .И.Чалова* В.Л.Барсукова, А Л.Беляева, В.С.Серебренникова, Г.М. аршал, А.И.Фридмана, А.И.Кравцова, Г.И.Войтова и др. обобщен боль-ой фактический материал по реакции гидрохимических компонентов а сейсмическую актизизацию недр, рассматривается взаимосвязь и • заимозависимость реяима подземных вод и землетрясений. Из этих . абот следует, что изменения гидрохимических показателей коррели-/ются с сейсмической активностью. В публикациях есть указания на аличие нелинейной зависимости величины гидрохимических аномалий и эриодов их проявления от магнитуды и эпицентрального расстояния эмлетрясений. Проявляются аномалии в химическом состава флюидов ), в момент и после землетрясений, Оолыаей частью гидрохимические зменения, связанные с землетрясениями, обратимые. Их продолжитель-)сть после землетрясзния чаце бывает короче, чем до землетрясения, ¡тречагатся и необратимые. В основном, время их возникнЬвенш! .перед ;млетрясениями возрастает с ростом энергии последних от нескольких гток до нескольких месяцев и, кроме того, зависит 'от геолого-тек-шических условий района исследований.

В районе Кавказский Минеральных Вод детальных работ по выявлв-но сейсмичности на гидрохимию подземных.вод не проводилось. Йссле->вания в этом направлении носили эпизодический характер, без поста-шки специальных наблюдений. Так, М.Н.Смирнова (1971) рассмотрела 1ияние на режим Пятигорских минеральных источников слабого трех-

балльного землетрясения, в работе И.Г.Киесина (1982) приведены дан ные о некоторых сейсмогидрогеологических аффектах семибалльного зе лестрясетш. Отдельные проявления реакции минеральных вод на земле трясения упоминаются в отчетах И.И.Володкевича и др. В целом мноп: особенности слияния сейсмичности на гидрохимическую обстановку ран на Ги.'З остались невылензнними.

В данной работе поставлено целью восполнить атот пробел, что имеет принципиальное значение для объективной интерпретации данных гидрохимических наблюдений на месторождениях пресных и минеральных вод, располокеннох в сейсмоактивных областях.

2. Краткий геолого- гидрогеологический обзор и сейсмичность района исследований В структурном отноиенни территория района находится в предела наиболее приподнятого участка северного крыла ыегантиклинория Боль иого Кавказа-Эльбрусско-Малкинско-Минераловодского поперечного под нятия. Складчатое основание поднятия сложно комплексом вулканоген но-осадочных, метаморфических и интрузивных пород палеозоя и перекрыто меэокайнозойскими терригенними и карбонатными отлонениямп.

В гидрогеологическом отношении исследуемый район представляет собой склон артезианского бассейна. Разнообразный литологический состав отложений и достаточно сложные структурно-тектонические ус-лович способствуют одновременному существованию в пределах описываемого района различных типов циркуляции подземных вод. По латсра-ли, в условиях движения напорных вод с юга на север и северо-восто! для всего гидрогеологического разреза присуща прямая гидрохимическ; зональность с последовательной сменой гидрохимических типов подземных вод - от гидрокарбонатных кальциевых до хлоридных натриевых с минерализацией от менее I г/л до 30 г и более граммов в литре.Вертикальная гидрохимическая зональность, до границы погружения апт-альбекого водоносного комплекса под верхне-средне альбекий водоупорный горизонт прямая, далео на север - инверсионная. Аномальные изменения гидрохимической зональности проявляются, преимущественно, на интенсивно нарушенных тектоникой участках (И.П.Пантелеев, И.И. Володкевич, А.А.Иовдальский, ¡1.С.Погорельский, А.Б.Островский, Г.С.

Вартанян)-----------

Газонасшценность подземных~вод высокая. Химический состав газов представлен кислородом, азотом, углекислотой, сероводородом,-мз

эном и и^ о г/; т. -Х'личеств'.ми ип-^пн/ газов: аргона, ь^пл, риптоиа, кеоиоиа, Сгличлг'глыю.! особенностью участков с ¿¡¡екзл ыю .!со::ий гаоонасинсиностьи является преобладание! с сист.-ше рество-зшшх газов упокислотн. Гелг.сноспссть района повшене (В.П.Церии ) .

Геотемпературная зональность района вирсиаетсл о закономерной овишшшн температуры подземных вод от 5-Ю°С !и.;шал периферия), о 120°С и более - при погружении водосодераащих пород (на севере) о глубин порядка 21300 и. Геотемпературные аномалии связаны преи-уцественио с субвсртпкалыюй разгрузкой подземных вод глубокой иркуляции в пышелеглцпе горизонты (Нагутское, .%лезноводское, ятнгорскос, Беатаугорское и Кисловодское месторождения ыинераль-ых вод). .

Исследованиям сейсмичности Северного Кавказа посвящены работы .В.Анаиыша, Э.А.¿иибледзе, О.В.Ризис.ченко, Г.Д.Краснопевцевой, .А.Годзиковской п др. Район К;'.В с соответствии с картой сейсмичес-:ого районирования СР-78 по интенсивности землетрясений относится : 7-балльному, при среднем периоде повторяемости сотрясений такой ' или один раз за тысячу лет. Фактически наблюдалось следующее рас-:ределение землетрясении во времени. Так, семибалльные землетрясе-:ия повторялись в сроки от трех до 5? лет, б-баллышх землетрясений 1а последние 200 лет произошло не менее 20. По имеющими определении гипоцентров землетрясений глубина 80% из них не превышает 10 :м. Основные сейсмические события за период исследований с 1973 по 986 г.Г.: 29.09.82 с К=10.7; 24.03.83 с К=Э.3; 15.10.83 с К=Э.б.

3. Рациональная методика виделеиия сейсмогндрогеоло-гических сигналов

С целью выявления влкяння сейсмичности на гидрохимическую об-зтановку района 10.'.В автором били проанализированы данные по сокращенным химическим анализам минеральных сод и анализам бальнеологически активных газов (углекислого, сероводорода и радона), накопление более чем за полувековую история эксплуатации местороздений ии-«ралышх вод при "частоте опробования водопунктов, в среднем, I раз з 10 дней.

Данные более детальных исследований получены в процесса работ 1979-1985 г.г. на созданном под руководством автора диссертации Кав-иинводсксм полигоне для поиска гидрохимических предвестников зешю-

- я -

трясений.

Опробование по сквалинам полигона производилось, в основном, . о частотой I раз в сутки по более широкому кругу гидрохимических показателей. Более частые (ежечасные) наблюдения проводились эпизодически! в некоторые характерные периоды, например, новолуние, полнолуние и др. Принятая частота наблюдений позволила осуществить достаточно надежное слежение за изменениями гидрохимической обстановки в годовой и многолетней плане, а такне по данным более детальных наблюдений, изучать внутрисуточные вариации гидрохимических показателей. !

Разработанная автором методика оперативного выделения сейсмо-гидрохимических аномалий базируемся на ретроспективном выделении временных интервалов, характеризующихся отсутствием сейсмических событий о энергетическим классом (К) уЗолао 7 и не предваряющих менее чем за 3 месяца землетрясения с К>9 и епицентральным расстоянием 'менее 100 км от центра полигона.

Статистически обрабатывались однородные по сейсмичности интервалы, приуроченные к,сезонам года, что позволяло учитывать влияние метеорологических и прочих, кроме сейсмичности, факторов. Для каждого интервала вычислялось среднее арифметическое (х), среднеквад-ратическое отклонение < в ) и коэффициент изменчивости (V ). за фоновые принимались значения, лежащие в пределах полосы, крайними точками"которой являлись экстремальные значения средних арифмети- . ческих (Хпхя ; Хтск ) из нескольких выборок, расширенные за счет 2Ц максимальных из расчетных. Значения, находящиеся за пределами фоновых, рассматривались как аномальные. Коэффициент изменчивости применен для сравнительной количественной оценки степени варьирования гааогидрохимических показателей в разные по сейсмической активности периоды и оценки чувствительности гидрохимических компонентов к внешним возмущениям.

Цатематическая-'обработка данных, полученных на Кавминводском полигоне« проводилась ташке с применением системы комплексной интерпретации данных (СКИД), разработанной в ВОСТСИБНИИГМСа М.А.Ча-гиным, С.В.Ветровым и В.А.Дегилевим. Расчеты выполнялись на ЭВМ ЕС-1036 в ПГО "Севкавгеология".

4. Реакция гидрохимических компонентов на космогенные факторы - индикатор чувствительности объектов наблюдений Воздействие космогенных факторов на режим вод района КМВ не !эучалось и исследовалось автором диссертации, в основном, по дан-шм опробования глубоких самоизливающих скважин полигона (193,194, -КМВ-бис, 2-РЭ и 2-НВ) и отдельным скважинам месторождений мине-)злышх вод. В результате установлено влияние солнечной активности |а ионно-солевой и газовый состав подземных вод и наметилась их :вязь с физическими параметрами подземных вод (уровнем и температу-юй), как в многолетнем плане, так и в более короткие периоды (до [асов, минут). Отмечается смещение максимумов концентраций газогид-юхимических компонентов относительно максимумов активности в сто-юну запаздывания во времени. В многолетнем плане прослеживается юрреляционная зависимость- между солнечной активностью и концент-1ациями углекислого газа для минеральных вод Ессентукского место-юждения и пресных вод скв.194. Наметилась прямая корреляция между вменениями уровня оз. Провал и солнечной активностью: с минимума-!И солнечной активности совпадают минимальные положения озера в за-ершаюцей части пяти из семи циклов с 1900 по 1983 г.г. Отсутствие орреляции в остальных циклах связано, по-видимому, с привалирувщим .нтропогенным воздействием. Коэффициенты корреляции показателей сол-ечной активности (число Вольфа, площадь солнечных пятен) с измене-иями газогидрохимических показателей в водах скважин вполне значимы составляют 0,55-0,9?. В связи с тем, что изменения солнечной актив-ости большей частью сопровождаются вариациями концентраций карбона-ов, гидрокарбонатов и углекислоты (до I г/л), правомерно говорить' сдвиге карбонатного равновесия в подземной водно-газовой системе.

Кроме солнечной активности на подземные напорные воды суцест-енное влияние оказывают также земные приливы. Приливные силы вызы-ают циклические деформации горных пород, величина которых (10-8) а порядок меньше величины деформаций горных пород в процесса под-отовки землетрясений средних энергий. По данным многолетних поие-ячных осреднений установлено наличие прямой корреляционной зависи-ости между лунно-солнечными приливно-отливныыи изменениями и темпе-атурой подземных вод и обратной - с вариациями креинекислоты по сем наблюдательным скважинам полигона. С целью выделения внутрису-очных вариаций были исследованы графики, построенные по данный от-

ое.ра проб чзроо «-.с. (^..{б^лсо •■'-■ктр-лстно дочк-ши внутрисуточние периодические- колебс.г,:л химического состава ^лю.'доз по сйнЛЯо: для • нбнов хлора, нстриястронция, брокс и, в мзньсей мерс, калия „ ни-нсрализиции подземных вод с чзтирех- и еосьиичасовим периодами колебаний; для метана - с ¿естнадцатичасовим; для радона и карбонат-кона - о дианадцатичасовим периодом при увеличении минерализации подземных вод до 0,5 г/л. Природа некоторых периодических колебаний 6143 не ясна, хотя они повторяются в вариациях и других полей.

Анализ графических построений и статистическая обработка данных по скв. 194 показывают повимние (преимущественно за счет гидрокарбонат- и сульфат-ионов) минерализации подземных вод в сутки, когда произоило полное солнечное затмение (31.07.81 г.). При этом значение концентраций углекислоты было примерно в 2 раза ниже, чем ■ обычно. Так как периоды солнечных затмений совпадают во времени с [ новолунием, указанные изменения могут являться следствием влияния группы факторов: лунно-солнечных приливов и солнечной активности. Ход внутрисуточных вариаций в распределении концентраций углекислоты, радона, гелия и сульфат-ионов отражает наличие 6-12 часовой цикличности. О наличии единых периодов в спектрах колебаний концентраций растворенного в подземных водах гелия, магнитного, гравитационного полей Земли и интенсивности потока космических лучей свиде* тельствуют также работы Ф.Г.Дадашева, И.С.Гулиева и др., проведенные несколько .позже по этой скважине (1985 г,!. < Установленное влияние на химический состав подземных вод и га-

■ зов солнечной активности и лунно-солнечных приливов свидетельствует о достаточной точности методов определения газогидрохимических параметров и может служить индикатором их чувствительности к внешним возмущениям. Выбор представительных объектов наблюдений, чувствитель них к влиянию внешних факторов, важен при .организации мониторинга за режимом подземных вод для различных народнохозяйственных целей.

5. 0 связи гидрохимического режима подземных вод района Ю.Ш с сейсмичностью Изучении реакции подземных вод на сейсмические проявления в ___районе КМ8 велось по двум направлениям: I) с 1979 по 1985 г. -на специально организованном полигона, под руководством и при участии автора диссертации; 2) с помощью~ретроспектиыюго_.анйлиза данных о рагиме минеральных вод, накопленных за длительное время на курорта

- IJ -

Кавпинводской группы.

Было та:сго проанализировано влияние лрсииолен::их взрывов четностью более СО т на гидрохимическу.3 обстановку ?'.йсаа. Показано, : что имлульсш.'с изменения нлпряхзнно-лефорчкрезаняоге сест«яата пз~ род' могут приводить к разнс^авравле" г::; изизкзшм хк'.гчглгеге «:>• • тав.1 &юидсз с здплитудоЛ "лл p.i?...-x " с :п ; ; з;: тоэ от кепкольк::™. ¡¿ая- ; лиграчнее д° носко;.ь::«х доолтков :./ллиграммев на литр. При рпсотсд- i нии до 20 км от моста взрива одазчаяись ьариацв:*. ксипгнтрзций пепев : натрия, хлора, ги.тро:::.р*снтгс!:, -<■ таг'.и р2цс::а, кремнекислой* и fi'.',. При увеличении Mcsyicni! ззригоя до 100 т., удален;:;,;;; от наблюдатель- : них сквахин ка pacccci»::':; ~.оряд:еа i00 "м, ааСлздалось только понижение коицеитрац::;. ¡.ремн-зк.:слоть; на несколько миллиграмме^ на литр. Чувствительность гидрохимических показателе?. ■'■ огПси/.чсс.ч ::/ -

лу зависят от расстслккя иа^ву пунктами рзгис^рац;:и и прскззодстса порыва и от структурно-тектонических усзозкЗ участка, Ицдишдааль-ность реакции на взрывы определяется такм.е гидрохимическими и гидродинамическими особенностлми объекта наблюдений. Вариации гаэоггд-рохимических показателе;:, изволю :е ззризами, сопоставимы с иэм<н.рн::-ями флыидоз з момент землетрясения и первые часы или сутки после чего. Этим подтверждается возможность реакции гидрохимическая показателей и на землотрлсенкт в районе Kl.'B. -

На основании ретроспективного анализа данных ре:.:имних наблюдений па месторождениях минеральйкх вод установлено, что сильные зем- • летрясения предваряются и сопрозоедаотся г.'продинсмичзскзми аномалиями. Они выражеии в изменен:;:! урозгой (напоров) и дебитоз минеральных вод, установлении более тесной гидродинамической связи кедду источниками и группами источников, перераспределении ресурсов пресных и минеральных под. К пр.'мр>, ^вменения в гидродинамике Кксло-водоского месторождения (перераспределе:;;;о ресурсов |.;е:гду пресн:>ми водами и минеральп.ми водами источников &ингзЛэер и Нарзан) происходили за полгода до землетрясений в -районе К'.'В с .¡¡нтеисивностыо более 4 баплоп. По Пятигорскому месторождению, в связи с землетрясением 28.02.78 г. (М=4,5, 3 -7-3 баллов) наблюдалось понижение

дебитов минеральных источников-из отложении, травертин г.Говяжий и

' я

повышение примерно в. том объеме (на 150 м /сутки) дсбитоз радоновых вод поймы р.Подкумгм п др. изменения. По Нелезноводскому носто-р'озденнз наблюдал язь противогазные вариации дебитсв ист. 18 и пот. "Грифон" и прочие. Естественно, при отсм -происходили и гясот'-роте-

мические изменения, но выглядели они не так контрастно, что можно объяснить сильной дислацированностью участков развития минеральных вод, хорошей гидравлической связью в этих случаях ыелщу водоносными горизонтами и отсутствием контрастной гидрохимической зональностью в разрезе.

Более выразительны изменения в составе растворенных газов. В результате землетрясения 28.02.70 г. были зафиксированы изменения концентраций бальнеологически активных компонентов: углекислоты на 0,5-0,6 г/л (Кисловодское месторождение), сероводорода - в 5 раз по сравнению с фоновыми содержаниями (Пятигорское («>стр: •ад'чшд). Выявлены также изменения концентраций радона, гидрокис:" -и и сульфат ионов, ионов натрия, калия и др. и уровня варьирования отдельных компонентов. Изменения концентраций некоторых ионов достигли 0,5 г/л. Из опубликованных работ и ретроспективного анализа материалов режимных наблюдений следует, что усиление сейсмичности района Ю.1В может существенно повлиять на гидродинамику, радиологический и гаэо-гидрохимический режим минеральных вод, их бальнеологические свойства.

Нашими работами на Кавминводском полигоне эти выводы подтвердились, детализировались и пополнились. По длинным рядам наблюдений удалось выделить в районе КМВ три типа сейсмогидрохимических аномалий, отличающихся по продолжительности и характеру проявлений: I - длиннопериодные (от 10 дней до нескольких месяцев) изменения концентраций и уровня их варьирования; 2 - короткопериодные (до 10 нией) изменения;_3эпизодические появления неспецифических компонентов. Нами обнаружено, как и в других регионах страны, наличие индивидуальной реакции отдельных компонентов гидрохимической системы на изменения напряженно-деформированного состояния недр. Это объ- I ясняется особенностями геолого-тектонического строения объекта наблюдений, гидрогеологическими условиями и сочетанием одновременно действующих факторов. Причем оказалось, что наибольшей чувствительность» к вневним возмущениям отличаются воды скважин, приуроченные к оперяющим тектоническим нарушениям, участкам, гидрохимическая об- • отановка которых отличается наличием контрастной гидрохимической зональности, что обеспечивает условия для образования гидрохимичес-______ких аномалий.

йэ иг5-.«>даемых нами скважин наибольшей чувствительностью к

изменениям напряженно-деформационного состояния, как вследствие-----------

подготовки землетрясений, так и под воздействием космогенных факто-

з, обладают гидрохимические компоненты вод скв.193, пробуренной на атонически нарушенном участке с хорошо выраженной гидрохимической дальностью. Реакция газогидрохимических показателей по этой сква-ле даже на слабые землетрясения хорошо вирщена. Так, за период с 79 г. по 1985 г. наиболее четкие длиннопериодные' изменения в реииие цземних вод по всем скваяинам прогностического полигона и по от-чьным скважинам месторояден.ш минеральных вод, произошли в 1983 г., гда в течение 22 дней было зарегистрировано два землетрясения с эт 9 до 10 на удалении менее 50 км. По скв.193 в с. кои с этими зем-трясениями отмечались изменения по широкому кругу показателей, при еличении минерализации пресных вод более чем в два раза. Одновре-нно повысился и урсвень варьирования концентраций ионов хлора и трия. Изменения ионов носили импульсный характер и имели два мак-кума: за 102-109 суток до первого землетрясения и с I 89-90 суток второго. В целом, по этой сквадине перед землетрясениями с К>9, 50 км и сериями землетрясений из одной очаговой зоны при К>10и Д<1 150 км коэффициенты изменчивости возрастают по сравнению с фоном в 15 раз по натрий-иону и в , 3 раза по хлор-иону. Как видно из при-денного примера, слаб) е землетрясения значительно нарушают гидро-мическую обстановку района и могут вызвать ухудшение качества есных и минеральных подземных вод.

В процессе работы на Кавминводском полигоне установлено, что стреыумы, выделенные по среднеыесясным значениям отдельных гид-химических показателей (ионы, натрия, брома и магния) приурочены периодам, характеризующимся наличием местных землетрясений с энер-тическим классом более 9. Предваряются такие землетрясения 3-3,5 сячными (длиннопериодными) аномалиями в химическом составе подзем-, х вод и газов, а также эпизодичен".-'и . появлениями неспецифических мпонентов (ионов магния, газов гелия, водорода).' Изменения мине-лизации пресных и vшеральных вод под воздействием слабой сейсмич-сти составляют более 0,5 г/л. Концентрации углекислоты могут из-ниться в 2 раза по сравнению с фоновыми. В связи с сильными даль-ми землетрясениями (до 250 км) в несколько раз изменяются содержа-:я газов растворенных в подземных водах и спонтанных (гелия, радо., метана, водорода, углекислого газа).'

Сейсмогидрохимические аномалии, по мнению автора, полигенетичны. причинам, вызывающим такие аномалии, следует отнести: развитие [ругих деформаций и трещинообразования, за счет которых могут воз-

никать дополнительные менпластовые и внутрипластовые перетоки и о' жатие поровых вод. Определенную роль могут играть ультразвуковые колебания, воздействия электрических возмущений и контрастная см( геомагнитной активности.

Сравнительно короткопериодные аномалии по отдельным гидрохш.» ческим компонентам (понижения концентраций кремнекислоти, эпизодические газопроявления и появление неспецифических компонентов) пер ко наблюдаются задолго до землетрясения. Причем аномалии по разлт ным компонентам возникают неодновременно, что свидетельствует о рг ной чувствительности их к воздействию процессов подготовки землет[ сений и многообразию механизмов образования сейсмогидрохимическпх аномалий.

Результаты наблюдений, проведенных на Кавминводском полигоне, указывают, что изменения гидрохимических характеристик перед земле рясениями с К>9 и зпицентральным расстоянием до 50 ,км модно рассмг ривать Как гидрохимические предвестники подобных землетрясений. Те ким образом, появляется возможность использовать гидрохимические аномалии при условии, что они не могут быть вызваны какими-либо др гими режимообраэующими факторами,в качестве предвестников землетря ний сравнительно низких энергетических классов.

ВЫВОДЫ

Основные выводк проведенного исследования сводятся к следующему:

1. Разработана методика наблюдений и обработки данных с целью оперативного выделения сейсмогидрохимических аномалий; предложен рациональный вариант определения фоновых значений гидрохимических показателей путем статистической обработки малыми выборками периодов, характеризующихся сейсмическим затишьем. С помощью коэффициен тов изменчивости количественно охарактеризована чувствительность гидрохимических показателей к внешним возмущениям. Проведена типиз ция сейсмогидрохимических аномалий по характеру и продолжительном их проявления. Особо следует'выделить такие типы аномалий, как дли нопериодные изменения уровня варьирования концентраций определенны компонентов и появление неспецифических,, для опробуемого интервала

" ¡»очяонентов. '

2. Доказано влияние сейсмичности, в том числе и слабой, местн

- 1а -

«менепио гидрохимических показателе;'! подземных вод (пресных и эралышх). Эти изменения проявляются в виде: аномалии концеитра-опредсленных гидрохимических компонентов; повышении уровня варь-ваиид наиболее чувствительных к сейсмическим возмущениям компотов; появлении о пробах води н газов неспецнл'пчсекпх компонентов, дствио.м повышения сейсмической активности мо:.':ет являться татке ераспроределенпо ресурсов мемду различными типами пресных и мине-ьных вод, изменения концентрации бальнеологически активных ве-тв (углекислоты, сероводорода, радона).

3. Выявлена нестабильность газового и химического состава под-ных вод, вызванная влиянием притязания Луны и Солнца и изменения-солнечно!! активности. Поскольку приливообразуюцие силы дант де-■мации В- земной коре порядка 10"^, результаты указанных наблюдений детельствуат о высокой чувствительности гидрохимического метода, ¡онсцьо отого метода мо:.:;;о определить реакцию флюидов на изменения [ря^еннО-деформированного со.'. л,.,!;,! среды при подготовке слабых ЮШ1Х и солее спльи::.; ;.'д.''-1е:!н.1.: ьиллстрлеенин.

4. Сейсмические л '.•^'•орц по'масштабам влияния на (им подземных под 1Г.13 сопоставимы с другими режимообразуюцими фанзами. Периодические изменения концентраций углекислоты, одного из нюииих показателей бальнеологических свойств минеральных вод, зисходяцие под воздействием солнечной активности, должны прогнози-затьел и учитываться при анализе режима гидрохимической обстановки 3 и планировании эксплуатации минеральных вод. Возможность сбразо-шя сепсмогидрохимических аномалий должна учитываться при исследова-тх релима всех типов вод; изучении закономерностей их распростране-

п и формирования, эксплуатации, а та:ае геолого-промышленной оцен-месторсадений.

5. Установлены особенности реакции гидрохимических компонентов подготовку землетрясений и сейсмический толчок. Продолжительность

ой реакции и ее интенсивность различны для разных компонентов. Ха-ктерной реакцией является повышение варьирования концентраций от-льных компонентов перед землетрясением, что указывает на усиление равновесности подземных Мюидних систем под воздействием процессов, провоадаюцих подготовку землетрясений (количественно оценивается помоцыо коэффициента изменчивости).

Эти особенности должны учитываться при наблюдениях за гидрогео-¡мическими предвестниками землетрясений в Кавминводском и других

районах.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работ авуора:

1. О механизме поступления углекислоты в мезокайнозойскую тол щу Ыинераловодскс!о выступа. -В кн."Тез.докл. У конференции по reo логии и полезным ископаемым Северного Кавказа (2-Ь декабря), кн.2, Ессентуки, 1980, с.476-477.

2. Прогноз термодинамических и газогидродинамических условий i сложных пластово-трещинных систешметодом пространственного гидрогеологического моделирования (на примере Кавказских Минеральных Во; В кн.:Материалы I Всесоюзной гидрогеологической конференции, т.2 "Формирование подземных вод как.основа гидрогеологических nponioaoi !.(.: Наука, 1982, с.156-159 (соавторы Г.С.Вартанян, А.В.Остроиский, Р.Л.Райхель).

3. Результаты работ по прогнозу землетрясений в районе Кавказских Минеральных Вод. В ки.:Тез.докл.Всесоюзного научно-техническог семинара "Методика и организация наблюдений за режимом-.подземных во для прогноза землетрясений". М;ВОВГИНГЕО, 1983, с.19-20 (соавторы О.И.Кокарева, В.Л.Пшеничный).

4. Первые результаты прогностических работ на Кавминводском по лигоне. -В кн.¡Материалы Всесоюзной сессии "Геолого-геофизическое изучение сейсмоопасных зон". Фрунзе, "ИЛИМ", 1984, с.242-251 (соавторы О.И.Кокарева, Л.В.Пшеничный).

5. К вопросу ,-> влиянии слабых землетрясений на гидрогеологичес '•кую обстановку района Кавказских Минеральных Вод (1ШВ). -В ки.¡Тезисы доклада У1 краевой конференции по геологии и полезным ископаем! Северного Кавказа. -Ессентуки, 1985,, с.336-337 (соавторы Н.В.Батур! на,' Р.Я.Носиенко).

6. О временных нооднородностях концентраций природных газов в минеральных водах Ш.Ш. -Докл.АН СССР, т.298 № 6, 1988, с.1454-1459 (соивтори Г.И.Войтов; Е.А.Попов, Л,В.Пшеничный,).

7. Изменения в структуре гидротермальной системы в связи с перестройкой полей напряконий,—В.кн.¡Современная динамика литосферы континентов. СО АН СССР,И. ,1988, с.108-109 (соавтор II.В.Батурина).

8. Газогиохимические критерии землетрясений. -В кн.¡Тез.докл. Совещания по газогеохимическим методам поисков полезных ископаемых u Скно-КясгшйскоИ впадине и обрамляющих горных системах (ГГМ-Ш), 1517 ноября 1989, Баку,1Э89, с.132-135 (соавторы Н.В.Батурина,О.Б. Глинская).