Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Влияние землетрясений и других геодинамических процессов на гидродинамический режим подземных вод

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Влияние землетрясений и других геодинамических процессов на гидродинамический режим подземных вод"

у ОЯ

МИНИСТЕРСТВО ШСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЩШШЮГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РШЖПЩ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕН! ГОРШЙ ИШТИТУТ им. Г.В.Ш1ЕХАН0ВА

На правах рукоппсл

ИШАНКУЗШЕВ ГЕПЬЩ АШШКШЕШЧ

УДК 550.348:556.313 (575.2)

ВШЯШШ ЗЕ.ЩШЯСЕШЙ. И ДРУШХ ЩЩНАШЧЕСНИ ПРСЦЕКСОВ НА ЕЩОДШОТЕСКИЙ ЕЕЕИМ ПОДЗЕМШХ ВОД (НА ПЕЩРЕ КОПЕЩШЗКОГО РАЙОНА)

04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат диссертации на, соискание ученой степени кандидата гоологочтнералогических наук

Ленинград - 1990

Работа вшолнёна в Институте сейсмологии Академии наук Туркменской ССР (ИС АН ТССР)

Научный руководитель: доктор геолого-минералогическах наук , И.Г.Киосин <

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор А.Н.Воронов

кандидат геолого-минералогических наук Ф.П.Стральокий

Ведущая организация: Институт сейсмологии АН Узбекской ССР

Защита состоится 1990г. в "

чаоов " ¿}с-> "мин. на заседании спец1ализированного Совета Д.063.15.07 при Ленинградском горном институте им.Г.В.Плеханова

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института

Автореферат разослан СУ^^-О^ 1990 года

Ученый секретарь специализированного Сбвета доцент

А.В.Кузьшн

СЛ..

V .там ¡иссортаций

- 3 -

ОБДАЯ ХЛРАКТЕШСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. Прогноз землетрясений в настоящее зрекя является одной из наиболее актуальных задач наук о Земле. Ванное место в комплексе методов решения данной проблемы занимают способы выделения предвестников землетрясений по гидрогеодинами-ческим показателя?,1, презде всего по вариациям уровня (давления) подземных вод.

К настоящему времени в результате многочисленных исследований у нас в стране и за рубежом получены достоверные, хотя и неоднозначные факты, подтверждающие обусловленность аномальных вариаций гидрогеодинамических показателей геодинамическими, в частности, сейсмическими процессами. Из анализа литературных данных следует, что пространственно-временные характеристики аномальных изменений в гадрогеодинамическом рениме подземных вод существенным образом зависят от гидрогеологических и геолого-тектонических особенностей каждого района.

Целесообразность и эффективность применения гидрогеодинами-ческих методов поиска 'предвестников землетрясений убедительно доказана исследованиями на различных полигонах.'

Перспективность этих методов была установлена и в Колетдаг-ском сейсмоактивном районе. Однако для изучения механизма и структуры вариаций гидрогеодинамичёских показателей в данном районе требовалась постановка специальных исследований.

Копетдагский район, на территории которого расположена столица Туркменской ССР Ашхабад и другие индустрхальние центры республики, является одним из наиболее сейсмоопасных районов Советского Союза. Только в последние шестьдесят лет в пределах этого района и сопредельных с ним участков произошло три сильных землетрясения с интенсивностью проявления 8-10 баллов: Гермабское 1929г. (.\k7.2), Казанджнкское 1946г. (й=7,0)., Ашхабадское 1948г. (1,1=7,3). Поэтому проблема прогноза землетрясений в Копетдагском районе стоит особенно остро.

Настоящая работа посвящена изучению особенностей реакции уровня подземных вод на геоданамические процессы, исследованию механизма этих явлений путем постановки экспериментальных полевых наблюдений.

Цель, работы - исследование особенностей структуры варисций уровня подземных вод, обусловленных геодин&маческими процессами

в Копетдагскоы сейсмоактивном районе, для выделения предвестников землетрясений.

Основные задачи исследований:

- выявление основных особенностей естественного режима подземных вод, учет которых важен при ввделении гидрогеоданамичес-ких предвестников землетрясений;

- изучение пространственно-временных характеристик изменений уровня подземных вод, связанных, с разномасштабными проявлениями геодинамических процессов в исследуемом районе;

- выявление и изучение причинно-следственных связей вариаций уровня подземных вод с изменениями других геофизических показателей.

Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:

1. Впервые для района изучен широкий спектр гидрогеодина-шческих эффектов, вызванных землетрясениями, современными движениями земной кори, земными приливами и вариациями атмосферного давления.

2. Детально иоследованы земноприливные и барические колебания уровня подземных вод в Копетдагском сейсмоактивном районе, в результате чего показано, что в спектре вариаций уровня присутствуют основные приливные гарлоники. Отмечено влияние условий залегания водоносных пород на особенности реакции уровня подземных вод на указанные геодинамические процессы.

3. Выявлено, что сильные землетрясения района сопровождаются и предваряются аномальными изменениями гидрогеологических показателей. Обнаружены высокоамплитудные изменения уровня подземных вод, связанные с подготовкой сейсмических событий. Значительные эффекты в режиме подземных еод, обусловленные геодинамическими процессами, могут вызвать изменения их ресурсов и качества,

4. Показана тесная связь многолетнего гидрогеодинашческого режима с современными деформационными процессами, протекающим в районе - сейсмичностью и асейсшчниш движениями земной кори.

Практическая значимость работы. Оперативная информация,полу чаемая на пунктах гидрогеологических наблюдений, постоянно используется прогнозной комиссией Института сейсмологии АН ТССР при анализе сейсшческой ситуации региона. Осноьнке положения диссертационной работы используются при разработке заданий ПСИТ

СССР 03.06, 04.0I.H3, 04.02.Н4В. Внедрены в практику гидрогеоди-нашческин наблюдений. в Копетдагском районе современные методы обработки данных по уровню подземных вод. Разработки, выполненные в диссертации, позволили соверяенствовать методику наблюдений и обработки данных, что дает возможность повысить достоверность интерпретации гидрогеодинамических предвестников при их использовании в прогностической практике.

Реализация результатов работы. Некоторые результаты научно-методического характера, полученные при выполнении данной работы, используются при осуществлении режимных гидрогеодинамических наблюдений на Ашхабадском геодинамическом полигоне, производимых Комплексной опытно-методической сейсмологической экспедицией (ЕШСЭ) Института сейсмолог™ АН ТССР в целях выполнения задания ГКНТ СССР.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладцвались: на Республиканских научных конференциях молодых ученых и специалистов (Апхабад, 1986, 1987, 1988гг.), на Всесоюзном совещании "Флюидодинамический фактор в тектопико и нефгегазносноста осадочных'бассейнов" (Ашхабад, 1987г.), на научно-практической конференции "Реологическая наука Советского Туркменистана за 70 лет" (Ашхабад, 1987г.), на рабочем совещании группы по глдросейсмическим исследованиям комиссии "£изика очага и прогноз землетрясений" МСССС АН СССР (Ташент,1988г.), на научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава Туркменского политехнического института (Ашхабад,1988г.), па Всесоюзном семинаре по гидросейсмологическим предвестникам землетрясений (Ташкент, 1988г.), на Всесоюзной выездной сессии Межведомственного Совета по сейсмологии и сейсмостойкого строительству АН СССР (Ашхабад,1988г.), на Всесоюзном семинаре "Роль подземной гидросферы в истории Земли" (Ленинград,1989г.), на Международном симпозиуме "Тепловая эволюция литосферы и её связь о глубинны!,ш процессами" (Москва,1989г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Гидрогеологические предвестники землетрясений и методика организации режимных наблюдений в сейсмоопасных районах" (пос. Николаевка,1989г.), на Всесоюзном совещании "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" (Ирг^тск, 1989г.), на научтшх семинарах ИФЗ АН СССР, ЛГУ и ИС АН ТССР.

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 8 статьях, I научном отчете.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 17В страницах машинописного текста, сопровождается списком литературы из 145 наименований. Текст иллюстрирован 48 рисунками и таблицами.

Автор искренне признателен науному руководителю доктору геолого-шнерадогических наук И.Г.Киссину за помощь и внимание, оказанное при выполнении работы, а также доктору физико-математических наук Т.А.Алшрову за постоянное внимание к работе. Автор выражает благодарность за творческое сотрудничество С.Атаеву, В.М.Беликову, Дж.Ишанкулиеву и за обсуждение различных; аспектов исследования кандидатам физ-мат.наук А.А.Авагимову, В.Л.Барабано-ву, А.О.Гриневскому, кандидату тех.наук О.Б.Кирсте, кандидату тех.наук Ю.О.Кузьмину, кандидату геол.-мин.наук С.Ш.Шабердыеву.

СОДЕВШМЕ РАБОТЫ

Глава I. Геолого-гидрогеологические условия и сейсмичность рай 01 и

Согласно схеме тектонического районирования Копетдагская сейсмоактивная зона охватывает северную часть Копетдагской альпийской горной области и часть Иредкопетдагского предгорного прогиба. В пределах района (Калугин П.И.,1956г.) выделяются две тектонические области: область Передовых дислокаций и главный антиклинорий. В области Передовых дислокаций, где, в основном,- проводились наблюдения за режимом подземных вод, выделяются три района: а)южный борт Иредкопетдагского прогиба и термальная зона; б)передовая антиклинальная цепь и в)главная синклинальная цепь, которые ориентированы с северо-запада на юго-восток. Юхсная часть области Передовых. дислокаций характеризуется развитием снладчато-разрывн1& структур. Они отделены друг от друга системой правых взбросо -сдвигов со значительными (до 5 ил) горизонтальными перемещениями. Складчатые структуры, имеющие протяженность 3-6, а иногда до 20км, объединяются в Передовую антиклиналь. В геологическом строении района принимают участие осадочный отложения мезо-кайнозойского возраста.

В гидрогеологическом отношении район относится к водонапорной системе Копетдага, в предела.: которого распространены водоносные горизонты и комплексы четвертичных проливиалышх, аит -

сеноманских, малыл-неокомсках отложений, а татке водоупорная толща неогеновых отложений. Наиболее водообильнши являются тре-ivinorsaTue известняка ¡'ллк-'-пеогсстих ^тлгглзпцй, подзетяпм вода которые является осповгагл оЬ&схгто*» изучив;» 3jk сглоаешя наиболее обводоскк в оопа:: тектонических хкругеккй, вдоль когорта: происходит иптзнзс, стог. I: рэсгрузкз под. В Копотдаге

Ендзленп три сиоссгл! иодоноишк зол, ал:скшге круянкх диагональ-шк разломов: Герпабская, 5лр:::;ино::зя u ;iapsapc:a«i, для кохорЕ! Передовой разлом Копстдага сдут» зокоД разгрузок (йтлышс а.?., 1975г.),

Как било отмечено jcieo, palloa характеризуется высокой csiicrts-чгскоК гзшшгсетъ», По карт-i соГ-с^ачоского районирования ('¿Шг-нжейн ЛЛ.1. и др., I9G7) район относятся к Э-бадъпой зоне, в ре-зультато т.шерораиишрошшщ вцдздеяы татг.з Ю-бальныз участии ?r..'los 'Cai-.-to :сара:дер:;ауется продление;.. Л";-:-:с::::::ш: созрег'.сшпк

,lE:r:;o:i:i'l jieoe::o"::-;co:.c;; природ;,:. Анализ ^jiAviL'iaroB впсо^сточпо-

го кизвлирозапш но цро^ялпц, лсросехаг-ус; ргйоа иокззизаст иро-лзлевио Боргикальикх ДЕДнеша! с йкляпаудекц ЗСО-ЗЗО.-.-л н скоростям:'* 1,5-7 гид/год. Горизонтальные кодвпэтш, зядолепнке с помодьп свотодалъно:«етр;ш, теют акшатуду до IC;.;t прз длине измеряемый лг.щг. 720-2712;.: (Курбаноз М„К. п др. 1973; Сидоров В.Л., Кузкш Ю.0.,1989). Еак огидетельствуют геологические, гесморфологичес-кчв н 1Шфосейс:,2*чес?ле дгнннэ, т? Копетдагском районе, начапэя с альпийского этапа до наших дней, ось наибольшего сяатия регионального поля напряжений имеет гангеисатаюе и близко it меридиональному направлению (Kp®*ye ВЛТ. и др., TS69).

Рассматриваются опубликованные материалы о влиянии землетрясений на решил подземных вод Туркмешп. Первые сведения о гндрогеодинзмчческих эффектах относятся к Кучанским 1893 и 1895 годов Сi.f=o,G; i,i=6,0) п Красноводскому 1895г. (1.ЫЗ,2)землетрясе-шиш, в результате которых увеличились дебитн источников и кя-рнзов (Цнмбаленко Л.И., 1899; Ивановский И.К,, 1899).Значительнее изменения реудма подземных вод наблюдалась в эницентральпой зоне землетрясения в района Капмар (Иран) 1903г. (1,1=6,0), которые проявились 'в повышении в три раза дебитов кяризов. Первые количественные данные о гидрогеодинашчеешх эффектах землетрясений получены в эппцентральной зоне Гермабского землетрясения 1929г. (М=7,2), которые выразились в изменениях дебита в девять раз и поднятии уровня подземных вод на 3-7 метров (Пазаровский

К.В., 1930). Выразительные гидрогеодинамические аномалии были отмечены в результате Ашхабадского землетрясения 1948г. (Ц=7,3)„ Дебит некоторых источников подземных вод увеличился в 7 раз, уровень подземных вод изменялся на 2ы и более, а температура -на 6°С. Все вышеизложенные факты позволили высоко оценивать перспективы постановки специализированных гидрогеологических наблюдений б целях прогноза землетрясений в Копетдагском районе, охватывающем территорию Юаной Туркмении. Исходя из этого,были определены основные задача исследований.

Глава П. Методика исследований

Работы проводилась в следукщих основных направлениях:

1.Анализ данных о ренине подземных вод района с целью установления основных закономерностей его формирования в различная геолого-тектонических условиях п выявления аномалий, связанных

с сейсмическими процессами.

2.Вцбор наблюдательных скважин, удовлетворяющих требованиям к наблюдениям по выявлению предвестников землетрясений, а-оборудование наблюдательных точек измерительной аппарату рой, обеспечивающей необходимую точность и частоту измерения уровня подземных вод.

3.Статистическая обработка экспериментальных материалов.

4.Интерпретация и теоретическое истолкование полученных результатов. " -

Анализ имеющихся материалов показал, что наиболее пригодны для ведения наблюдений за уровнем подземных вод в целях выявления предвестников землетрясений глубокие подземные воды мальм-неокомс-ких отложений.' Режим неглубоких водоносных горизонтов формируется в результате действия метеорологических и техногенных факторов,. которые очень сложно контролировать. Рении грунтовых еод сильно • нарушен водозабором п орошением. С учетом вышеизложенного для 'наблюдений были выбраны глубокие сквашшы, пробуренные при поисках термоминералышх вод, всщ>ывшие подземные воды невысокой минерализации. Кроме того, для полноты анализа привлекались материалы по сквааинам режимной сети Южнокаракумской гидрогеологической экспедиции и других режимных служб.

Наблюдательные сквашшы неизливающие. Уровень воды в этих скважинах измерялся с помощью самописцев непрерывного действия

типа "Валдай" СУВ-М и ГР-38. Вследствие того, что систематической помехой для большинства наблюдательных точек являются изменения атмосферного давления, гидрогеодинамические наблюдения комплексировались с измерениями данного показателя. Измерения производились ленточными барографами М-22 АН в непрерывном режиме; для контроля абсолютного значения давления использовался барометр-анероид EAIEJ-I.

Обработка полученных дашшх производилась с применением современных ЭВМ (EC-I035, СМ-4, IBM PC ХТ, Искра-226). Математическая обработка данных велась в двух направлениях: получение статистически значимых параметров и изучение временной структуры колебаний уровня подземных вод. Использованный арсенал методов обработки включил в себя следующие способы анализа, реализованные на ЭВМ: корреляционный," регрессионный, спектральный, спектрально-временной анализы, цифровую фильтрацию временных серий, кросс-ковариацию процессов. Обработка результатов наблюдений обычно сводилась к задаче выделения сигналов на фоне помех. Изменения уровня подземных вод разделяются на длиннопериодные (тренды) и короткопериодные (барические и землеприливные колебания). Для выявления в ходе уровня составляющей, которая обусловлена геодинамичеокими процессами, необходимо устранение помех. Коррекция хода уровняот помех производилась о применением методов, используемых в практике анализа многомерных геофизических наблюдений (Неланкина Т.О. и др., 1982; Киосия И.Г. и др.,1983; методические рекомендации...,1986; Любушин A.A. (мл.),. 1987). Процедура анализа непрерывных временных рядов включала несколько этапов: а)устранение трендовой составляющей; б)цифровая фильтрация; в)исюгочени0 влияния атмосферного давления. В результате обработки получались величины коэффициента барометрической эффективности и запаздывания изменений уровня подземных вод от вариаций атмосферного давления, а также временные последовательности, откорректированные от помех. При выделении аномальных вариаций уровня, связанных с сейсмичностью, использовалась методика, предложенная в работе (Добровольский И.П. и др.,1980). Аномалия диагностировалась как изменение, превышающее величину трех среднеквадратичных отклонений от среднего значения для каждой последовательности и которое нельзя объяснить влиянием метеорологических • и техноташых реяимообразующих факторов.

- 10 -

Глава Ш. Основные закономерности формирования

гидродинамического режима подземных вод

Изменения уровня подземных вод Копетдагского сейсмоактивного района формируются под действием следящих основных (¿акторов: I)изменения ПИТД1ШЯ к разгрузки водоносных систем; 2)изменения атмосферного давления; ЗЗгташщообразуюдих сил; 4)действие землетрясений; 5)несейсмическпх движений земной кори.

В результате многолетних наблюдений за режимом уровня грунтовых вод, проведенных автором, г-ысшленн основные закономерности формирования фоновых вариаций уровня. Известно, что сами длинно-периодныо изменения уровня могут служить индикаторами геодинамике с ких и сейсмических процессов ("апд оьепе-п1а ,1979; Кпссин И.Г», 1982). Нами были изучены с применением спектрального и спектралыю-врекенного анализов циклические вариации уровня подземных вод, в результате чего показано, что для всех наблюдательных скважин характерно наличие, квазипериодических вариаций с периодом от 14 до 24 месяцев. Период указанных вариаций неустойчив во времени и постепенно уменьшается. Сопоставление хода уровня и атмосферных осадков не выявило заметной корреляции между ними для большинства из скважин. Вероятной причиной проявления периодических вариаций могут служить деформационные процессы,что подтверждает выводы, сделанные в работе (Киссин И.Г.,1987). Широкое распределение в многолетнем режиме подземных вод имеют трен-довые составляющие. До 1982-1983гг. поднятие уровня подземных вод происходит на скважинах й8м, 12м, 15м, в то же время в режиме скважин №2г и 13м наблюдается нисходящий тренд. Асинхрошость (разнонаправленвость) трендовых изменений уровня подземных вод, по всей видимости, связана с локальными особенностями участков расположения наблюдательных скважин (Ковалевский В.С.,1983).Отдельные скважины вскрывают обособленные водоносные зоны тектонических разломов, которые могут находиться как в условиях сжатия, так и растяжения. С 1983г. для всех наблюдательных скважин характерны отрицательные трендовые изменения с высокими скоростями падения уровня подземных вод, которое в 1987г. сменилось подъемом, что, вероятно, связано с изменением режима тектонического деформирования.

Систематическое влияние на уровень подземных вод в некоторых наблюдательных скважинах оказывают зе;.шоприливные деформации. Амплитуда приливных флуктуации уровня составляет по разным скванашам 2-10см, что соизмеримо с амплитудами краткогм-очних

предвестников землетрясений. В спектре вариаций уровня подземных вод выделяются основные приливные гармоники- Мд, л2, s2, Oj, Kj и Pj, что подтверждает высокую чувствительность системы схиз&жи-на-водоноснш горизонт по отношению к деформационным воздействиям. Для идентификации вычисленных и наблюдающихся амплитуд приливных изменений уровня нами использовалось выражение Бредехофта (Bredehoeft J.d., 1967 ), з результате чего получено дозоль-; но близкое соответствие между ними. При сравнении спектрального распределения приливных волн для разных скважин (Ш2м и 13р) было обращено внимание на отличие амплитуды приливных гармоник, вероятно, связанное с различными углами падения водоносных пластов рассматриваемых скважин. Данный вывод также подтверждается особенностями проявления барических колебаний уровня в указанных скважинах. Ранее аналогичные результаты были получены другим! исследователями (Сардаров С.С. (мл.), 1963; Bower D.H., 1983 ).

Изменения уровня подземных вод, обусловленные вариациями ■ атмосферного давления, также могут достигать величин, сопоставимых с амплитудами гидрогеоданамических предвестников землетрясений. Для наблюдательных скважин бшш впервые получены* значения коэффициентов барометрической эффективности, которые изменяются в широких пределах 0,05-0,80 см/гПа при времени запаздывания от О до 24 часов. В результате сопоставления величин коэффициента барометрической эффективности и глубин залегания водоносных пород была выявлена тенденция возрасташм коэффициента с увеличением глубины.

Результаты наблюдений за земноприливными и барическими колебаниями уровня могут быть использованы ( Jacob С., 1940;Bredehoeft• j.d., 1967 ) для определения фильтрационных и упругих характеристик пластов в условиях естественного залегания ( in situ ). Например, для екзажины 1513р были определены значения коэффициента упругоемкости: по приливным данным равное 0,75.Ю-8 см-* и барическим - o,8I.I0-S см-*.

Глава 1У. Гидрогеодинамическио эффекты некоторых землетрясений и крнповых подвижек

Проведен анализ режима подземных вод Копетдага в периоды сейсмической активности в различных геолого-гоктонических условиях.

Ретроспективный анализ режима подземных вод в районе Кюрен-дагскои антиклинали показал, что Казанджшсское землетрясение

05,11.1946г. (1/1=7,0) вызвало значительные аномальные изменения гидрогеологических показателей. Аномалии наблюдались почти на всех водопунктах Казандздшского района и ьыразшаюь в виде импульсного возрастания дебита и минерализации подземных вод.Де-биты некоторых источников увеличились в .12 раз, а минерализация в два.раза. Отмечается прямая зависимость величины измене-, ния минерализации подземных вод от амплитуда аномалий по дебиту. Наблюдавшиеся аномалии обменяются привлечением механизма "тектонического нагнетания" (с^гатия) и поступлением более минерализованных вод из нижележащих отложений в вышележащие (б1Ьбоп R.et а1., 1975).

•В 1984г. 22 февраля на территории одноименного нефтегазового месторождения произошло сильное %рунское землетрясение (1.1=5,6), которое сопроцрждалось флюидными эффектами. Наблюдались изменения в таких промысловых показателях, как содержание, воды в нефти, затрубное давление. В результате постановки эпи-цонтральных наблюдений такие выявлены изменения концентрации подпочвенного радона и почвенной температуры, а также грязевул-канические проявления. После толчка величина затрубного давления резко возросла на 100 ат.'Содержание воды в нефти в течение четырех месяцев, предшествовавших землетрясению,постепенно увеличилось от 0 до 40$, а за несколько дней до землетрясения подскочило до 55%.

Для изучения особенностей реакции отдельного водопункта на сейсмические события был проведен совместный анализ многолетнего режима дебета подземных вод источника Арчман и ощутимых землетрясений района. Анализ показал, что можно выделить девять фактов проявления сейсмических эффектов - последствий землетрясений. При:определении величины деформационного воздействия толчка на водоносную систему источника использовались зависимости из работы (Добровольский И.П. и др., 1903). В результате проведенного сопоставления можно сделать следующие выводы: гидрогеологическая система источника Арчман проявляет повышенную чувствительность к изменению напряженно-деформированного состояния массива горных пород, выражающуюся в реакцйи на удаленные землетрясения; проявляется зависимость реакции источ^шкк от деформации, которая имеет нелинейный характер. Длительность релаксации аномалий дебита подземных вод зависит от магнитуды землетрясения и интенсивности изменения дебита.

- 13 -

В результате наблюдений за уровнен подземных вод в Цен-тралъно-Копетдагской зоне выявлен ряд аномальных изменений уровня, которые, очевидно, связаны с подготовкой землетрясений. Так, по сглжинан 5'£т п 8м были выявлены аномальные изменения уровня с амплитудами 0,4-1,Ом, связанные с процессами подготовки Еа-гирскпх землетрясений 21 л 25 февраля 1902г. ('"-=3,5-3,0) „ Сквц-ш!ш располагались соответственно в 5 п 20 км от эпицентров землетрясений. Более частые аномалии свя^.ч.ггшм с подготовкой землетрясений, отмечены в решив скваглин Г-Т.Зм. Аномалии проявлялись в виде бухтообраз1шх вариаций уровня с амплитудами 0,2-0,4м, а тапке резких поднятий уровня после ¡?еплетр;!сенш1 с маиштудой 3,55,0 при эпицентральных расстоянии Ю-120км. Анализ имеющихся данных показывает, что знак аномальных вариаций зависит от пространственного расположения скважин, что может быть связано с характером полей напряжений при подготовке землетрясения.

Выявлены высокоамплитудные изменешш уровня подземных вод, достигающие вел1чины от 3 до 57м в скважине, пройденной в зоне ' Передового разлома Копетдага. Указанные вариации связываются с раскрытием разлома при подготовке.землетрясений, произошедших на территории Северного Ирана 26.12.198Сг. (¡4=5,0, н = 220км) и Кумдагского (М=5,4. й= 70км).

Оценки величин деформаций по модели с включением (Добровольский И.П. ,1984) показали, что в Казанджикской скважине нельзя было ожидать проявления столь значительных аномальных изменений уровня подземных вод. Это свидетельствует, что в этом районе имеется сочетание двух факторов - интенсивных деформаций в межблоко-вих зонах и аномально высоко]: чувствительности наблюдательных -скважин. ■

В некоторых скважинах наблюдались краисовременные вариации уровня подземных вод с амплитудой от первых сантиметров до 1м. Объяснить их проявление нельзя воздействием помех экзогенной природы. Анализ показал, что часть эффектов приурочена к периодам подготовки и реализации землетрясений, другая же часть вероятнее всего объяснима воздействием несейалических подвижек земной коры. Вдделе1ш периоды изменения естественного хода приливных колебаний уровня подземных вод, которые выражались в искажении гармонических колебаний.

Значительная члсть короткоиериодных изыенепй не может быть обтпенена воздействием сейсмических явле1шй, что, видимо,говорит

о влиянии иесейсмических процессов (криповых подвинек, более медленных движений земной коры).

Комплексные наблюдения за дефоркадшшн земной кори п уровнем подземных вод позволили выявить специфические вариации, которые могут оыть объяснены криловимп подвпяасами. по разлому.Аномальные изменения т-нпо проявлялись I! в рекиме других геофизических показателей (электросопротивление и концентрация радона)» Возмо.глкдм ыозашвзмоы, щшзодяцям к указавши измекззкей ь ходе указанных показателей, 1ло:::ет быть измзненкз проницаемости Передового разлома Копетдага, разделяющего гидрогеологические структуры с различными напороли.

Таки,< образом, б облает;: подготовки землетрясений Копетда?-ского района паблэдашоЕ аномальные квьодзпас гидрсгьодонешчес-кпх показателей (уровень к добит подземных вод, обводнешист/. нефти и эатрублос давящие). Амплятудн гидрогеодашгмнчеекг;:: предвестников землетрясений по уровню подземных вод мсгуг достигать величии 01> первих сантиметров до нескольких метров, а э некоторых случаях и десятков метров. Наиболее йязгоцршшшс условия обнаружения аномальных изменений уровня лодзегяшх вод имеются в разлошшх зонах, сйузацих контактами юдашапг блоков ной коры, где протекает более интенсивно деформационные и фильтрационные процессы.

Глава Связь гидродинамического рехеиыа с вариациями геофизических показателей Прогностические исследовании на территории Кодетдагского района осуществляются в рамках комилоксирования различных геофизических и гидрогеологических доходов на Ашхабадском геодинадя-ческом полигоне. Многолетние наблюдения позволили получить обширный фактцческш'1 материал о временных изменениях различных геофизических показателен (сейсмичность, современные движения земной коры, электромагнитные поля). Сопоставление изменений уровня подземных вод с вариациями этих показателей производилось в многолетнем аспекте, а тагсхе сравнивались и короткопе-риодные вариации.

• Общепризнанной методики сопоставления изменений гидрогео-дцнамического режима с сейсмичностью в настоящее время не существует. Наш использовались следующие характеристики сойсмичес-кого реаима: количество землетрясений за год, коэффициент труп-

пирования сейсмических событий и количество выделяющейся сейсмической энергии (Каррыев Б.С. и др.,I960). Сопоставление показало, что наблюдается совпадение экстремумов указанных характеристик сейсмического режима и изменений уровня подземных вод. Максимум сейсмической активности отмечался в 1983г., а в 1982 -1983гг. в гидрогеодинамическом режиме района произошла по одним скважинам смена знака многолетних трендов, а по другим скважинам увеличение градиентов* трендов. Чаще всего наблюдалось падете напоров подземных вод, что вероятно, указывает на формирование новых путей фильтрации подземных вод.

Многолетними исследованиями современных движений земной коры в Центрально-Копетдагском сейсмоактивном регионе установлены пространствешю-временные особенности их проявления (Курбанов М. и др., 1973; Кузьмин И.О., 1У82). Проводилось сопоставление временного хода уровня подземных вод с изменениями наклонов земной поверхности, которые наблюдаются в районе г.Ашхабада, в шурфе глубиной 25 м. Совместный анализ рассматриваемых данных указал на существование связи между ними, которая проявляется на различных временных масштабах. Структура периодической и трендовых составляющих по наклономерным и гидрорежимным данным по времени их проявлешш дифференцируется на два периода: первый - с 1976г. по 1982г., а второй - с 12ЬЗг. по 1987г. Для количественного изучения наблюдающихся связей использовались коэффициенты отношения мевду сопоставляемыми показателями. В результате этого нами были получены соотношения для различных скважин по коротко-периодным вариациям:

K8_,rj:50c.M = 150 см/1 мс/дуги 1мс/дуги

К,, = .feSct.i , , = 212 смд мс/дуги " 1 0,4мс/дуги

К13-м= -- 200 с"/1 M°/Wm

° л 0,7мс/дуги

Полученные численные соотношения имеют один порядок, а некоторое их отличие, очевидно, обусловлено особенностями локальных участвов в районе этих скважин, разной тензочувствитзльнос-тьм скважин. Адекватный отклик различных скв&кин на деформационное возмущение говорит о пространственной представительности

наклономерных данных в этом районе. С другой стороны примечательно, что из трех возмущений, зарегистрированных наклономером на каждой из скважин фиксировалось только одно возмущение. Это свидетельствует об избирательной тензочувствительности рассматриваемых скважин.

Исследованиями особенностей изменения электромагнитных показателей на территории Центрального Копетдага была показана их обусловленность фдшдным режимом на основе электрокинетического механизма (Авагимов A.A. п др.,1986. Сантурян В.А., 1985). Совокупный анализ гидрогеодинамических, сейсмологических, деформационных и электрических показателей в многолетнем разрезе показывает их коррелированность. Особенно на их связь указывает совпадение пприодов смены знаков трендов, которое отмечается в 1982-19ВЗгг., что, вероятно, объясняется изменением режима тектонического деформирования. Наличие сезонной периодичности в ходе электрических потенциалов можно связать с динамикой влаги в зоне аэрации и подземных вод первого огповерхности горизонта.

Тесная связь, рассматриваемых показателей. Вероятно, обуславливается современными деформационными процессами, протекающими в районе и приводящими к перераспределению давления подземных вод в массивах горных пород, что в свою очередь индуцирует электрические потенциалы электрокилетической природы,

Выводы

Основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему :

1.B результате проведенных исследований была выработана совокупность методических приемов организации и проведения полевых наблюдений применительно к условиям Копетдагского района и обработки полученных данных с использованием имещихся программ статистического, спектрального, спектрально-временного и других методов анализа массивов гидрогеодинамической информации.

2.Длительные наблюдения за уровнем подземных вод позволили изучить особенности многолетнего режима. В результате анализа были выделены длительные тренды, установлена асинхронность режима по различным скважинам, а также квазидвухлетше периодические колебания.

3.Изучеиы колебания уровня подземных вод, вызванные действием приливообразувдих сил и изменением атмосферного давления.

Изучен весь спектр приливных гарлонпк, показано близкое соответствие отношений прилившие волн по уровню подземных вод и приливообразующей силы. Проведена интерпретация амплитуды приливных изменений с использованием формулы Бредехофта, в результате чего показана достаточно высокая степень соответствия наблюдаемых и вычисленных характеристик. На основе полученных данных делается вывод об адекватности реакции системы скважина-водоносный горизонт на деформационные процессы.

4.В результате исследования барических вариаций уровня воды в скважинах вычислены значения коэффициентов барометрической эффективности, варьирующие в пределах 0,05-0,8 см/гПа при относительном запаздывании от 0 до 24 часов. Максимальная амплитуда проявления колебаний уровня подземных вод, вызванных действием атмосферного давления может достигать величин, соизмеримых с амплитудами гидрогеологических., предвестников. Выявлена тенденция увеличения величины коэффициента барометрической эффективности с возрастанием глубины водоносных горизонтов и периода ба-ровариаций. Аномально высокие значения коэффициента барометрической эффективности могут быть объяснены условиями залегания и упругими свойствами водоносных пластов. Установлена изменчивость коэффициента барометрической эффективности во времени.

5.Анализ изменения гидрогеологического ре.тама в связи с проявлением землетрясений на исследуемой территории показал,что большинство крупных землетрясений предварялись и сопровождались аномалиями во временном ходе гидрогеологических показателей. В момент Казанджикского землетрясения 1946г. (1:1=7,0) наблюдалось увеличение дебитов, минерализации и содераания некоторых компонентов. Выявлены корреляционные связи между изменениями дебитов и минерализации. Изменения натрубпого давления и обводненности нефти впервые в регионе отмечены перед Бурунсшш земле-трясешем 1984г. (М=5,6). Временные изменения указанных параметров были сопоставлены с данными об изменениях концентрации радона и температуры, что показало проявление синхронных колебаний рассматриваемых показателей. Резкие высокоамплитудные

(до I м) изменения уровня подземных вод были отмечены перед Ба-гирским землетрясением 1982г. (Ы=4,0). Комплексный анализ аномалий по уровню подземных вод и другим геофизическим показателям определил высоную степень достоверности выделения эффектов.

Обобщение полученных данных показывает, что перед толчком можно наблюдать как падение значения гидрогеодинамических показателей, так и их возрасташе. Морфологически, а также по времени цроявле-Ш1Я, указанные аномальные эффекты сильно различаются.

IIa примереисточника Арчман показана высокая чувствительность водопунктов разломных зон к изменениям напряженно-дефор-мировапного состоягшя среды, которая заключается в зависимости интенсивности аномалий от уровня деформационного воздействия и длительности релаксационных процессов от интенсификации аномалий и магнитуды землетрясений:

6.Выявлены высокоаыплитудные иредвестниковые изменения уровня подземных вод с амплитудой, достигающей 57м. Показано наличие во временном ходе уровня подземных вод коротконериодных вариаций, которые,•вероятно, связаны с криповыми подвижками в массиве горных пород. Крупномасштабные эффекты в режиме подземных вод, обусловленные геодинамическими процессаш могут вызвать изменения их ресурсов и качества.

7.Проведено сопоставление данных многолетних наблюдений за уровнем подземных вод с длиююпернодными изменениями других геофизических показателей, которые показали совпадет! е особенностей их изменений.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах автора:

I.Особенности поля эманации, температуры и гидродинамического режима в эпицентральной зоне тектонического землетрясения //Сообщения объединенного института ядерных исследований. Дубна, 1986.-18-86-700.-6с.(Соавторы Аширов Т., Ишанкулиев Дж., Джолос Л.В., Меркина К'.И, Третьякова С.П.).

2.Приливные и барические вариации уровня подземных вод в Ашхабадском районе //Веб.: научно-технический прогресс и общество. Тезисы докладов. УШ республиканской научной конференции молодых ученых и специалистов.-Ашхабад.1986.-С.483-484.

3.Некоторые результаты изучешш вариаций уровня термоминеральных вод Приливного спектра в Ашхабадском сейсмоактивном районе //В сб.: Тезисы докладов 17 научно-практической конференции молодых ученых и специалистов АН 7ССР.-Ашхабад.-1987.-С.271-272.

4.0 гидрогеологических эффектах Казандхчкского землетрясения 1946г. //Известия АН Турш.СОР сер.фпз.-техн.,хим.и геол. наук, 1983.-i,"I.-С.96-99 (Соавтор Аширов Т.).

- 19 -

5.Некоторые результаты анализа режима глубоких подземных вод в Ашхабадской сейсмоактивной зоне //Известия АН Туркм.ССР сер.физ.-техн..хим.и геол.наук, 1989.-№2.-0.81-88 (Соавторы Аширов Т., Беликов В.М.).

6. The investigation of the heat mass transfer processes at Ashkhabad seismoaotive zone // International Simpoaium "Thermal evalution of llthoshere and prooeases in the earth's interior". Abstracts.- Mosoow.- 1589. - P. 9-10 ( Co-author Ashirov I.)

7.Мониторинг земных приливов гидрогеологическим методом в Центрально-Копетдагском сейсмоактивном районе //Известия АН Туркм.ССР, сер.физ.-техн.,хим.и геол. наук, 1989.-С. 80-87 (Соавтор Аширов Т.).

8.Флюидный режим зоны Передового разлома Копетдага //Тезисы докладов Всесоюзного совещания "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" 31 октября 3 ноября 1989г. - Иркутск, 1989.-С.166-168 (Соавторы Аширов Т., Беликов В.М., Киссин И.Г., Милькис М.Р.).

Закал Л', 3538

Тираж /30 экз.

Типография АН ТССР 744012, Ашхабад, ул. Советских пограничников 92а. !> о ч а н р п н т.