Вариации уровня воды в период Олюторского землетрясения 20.04.2006 г., R=748-1150 км представлены на рис. 3. По среднечасовым данным изменения уровня воды наблюдались в трех скважинах (рис. 3а): 1309 (понижение в течение четырех суток с амплитудой 10 см), 1306 (понижение в течение двух суток с амплитудой 1.3 см) и ЮЗ-5 (повышение уровня с амплитудой 1.3 см в течение первых часов). По данным 10-минуной регистрации было установлено, что в скважине ЮЗ-5 повышение уровня воды развивалось в течение 0.5 часа (рис. 3б). Кроме этого, были обнаружены слабые вариации уровня воды в скважинах 1303 (рис. 3в) и 1311 (рис. 3г). землетрясение гидрогеологический сейсмический вода
Рис. 2 Изменения уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е1 в период Кроноцкого землетрясения 5.12.1997 г., М=7.8 (пояснения см в тексте)
В наиболее близких к эпицентру скважинах 1309 и 1306 (R=749-880 км) после прохождения сейсмических волн уровень воды понижался, сначала скачкообразно, затем плавно (рис. 3а). Максимальная часть амплитуды понижения достигалась в течение первых часов. Такие изменения указывают на преимущественное понижение порового давления в резервуарах подземных вод, вскрытых этими скважинами, и примерно соответствует по
Рис. 3 Изменения уровня воды в скважинах в период Олюторского землетрясения 20.04.2006 г., М=7.6. Пояснения см. в тексте
форме постсейсмическим изменениям уровня воды в скважине ЮЗ-5 в случае Кроноцкого землетрясения (рис. 2б).
Повышение уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и 1303 (R=1037-1049 км) в течение 20-30 минут с последующим возвращением в течение примерно 3 ч (рис. 3б, в), наоборот, указывает на кратковременный рост порового давления. Слабое скачкообразное повышение уровня воды в скважине 1311 без остаточного смещения (рис. 3г) указывает на преимущественно динамический характер воздействия сейсмических волн на состояние системы скважина-резервуар.
Вариации уровня воды во время пяти сильнейших (М=8.1-9) удаленных (R=1670-8270 км) землетрясений (табл.) представляют разнообразные отклики системы скважина-резервуар на прохождение низкочастотных поверхностных волн. Наиболее длительные вынужденные и свободные колебания уровня воды зафиксированы в скважине ЮЗ-5 в случае Суматра-Андаманского землетрясения (рис. 4). После прохождения поверхностных волн фиксировалось непродолжительное остаточное повышение уровня воды с амплитудой около 1 см. Аналогичный характер изменений уровня воды в этой скважине наблюдался при Хоккайдском и Симуширском-2 землетрясениях (колебания уровня воды с кратковременным остаточным повышением). В случае землетрясения Симуширское-1 колебательный режим проявился слабо. Остаточное повышение уровня воды в скважине ЮЗ-5 составило 6.5 см и развивалось в течение первых часов.
Рис. 4 Вариации уровня воды в скважине ЮЗ-5 во время прохождения сейсмических волн от Суматра-Андаманского землетрясения 26.12.2004 г. (время прохождения сейсмических волн выделено горизонтальной серой полосой на верхнем графике). Буквами P, S и L на нижнем графике показаны моменты вступления соответствующих групп волн
При землетрясении в районе Соломоновых островов в скважинах ЮЗ-5 и 1309 наблюдались слабо выраженные одиночные скачки повышения уровня воды.
Все зарегистрированные вариации уровня воды можно разделить на два типа: (1) вынужденные и свободные колебания уровня воды с остаточным смещением или без него; (2) повышение или понижение уровня воды после прохождения сейсмических волн. Вынужденные и свободные колебания уровня воды объясняются резонансным эффектом усиления порового давления в системе скважина-резервуар при прохождении поверхностных сейсмических волн с периодами равными или превышающими резонансную частоту скважины, которая пропорциональна длине водной колонны. Необходимым условием возникновения такого типа вариаций является оптимальное соотношение между хорошими водопроводящими свойствами водовмещающих пород и конструкцией скважины (Cooper et al., 1965). Развивающиеся в течение десятков минут-часов остаточные повышения и понижения уровня воды могут вызываться кратковременными вариациями порового давления вследствие локального изменения проницаемости водовмещающих пород и, соответственно, изменения условий течения воды в области резервуара, непосредственно примыкающей к стволу скважины.
Обсуждение результатов и выводы
Приведенные результаты наблюдений на скважинах и данные обследования эпицентральных зон Кроноцкого и Олюторского землетрясений позволяют выделить два класса сейсмогидрогеологических эффектов, проявляющихся в состоянии подземных вод в плейстосейстовой области сильнейших землетрясений и в относительно удаленных от эпицентра зонах с интенсивностью сотрясений 6(7) баллов и менее. Выделенные классы сейсмогидрогеологических эффектов различаются по совокупности механизмов и по интенсивности сейсмического воздействия на состояние подземных вод.
Сейсмогидрогеологические эффекты в плейстосейстовых зонах сильнейших землетрясений могут формироваться при образовании первичных сейсмодислокаций и интенсивного вибросейсмического воздействия. В области магистрального сейсморазрыва могут происходить изменения условий формирования подземных вод вследствие развития трещиноватости до глубин в первые десятки километров, смещения отдельных водоносных слоев и водонасыщенных зон, а также повышения температуры воды. Поверхностные проявления вибросейсмического воздействия в виде различных форм разжижения водовмещающих пород наиболее ярко проявляется в области развития молодых рыхлых обводненных осадков с неглубоким залеганием уровня подземных воды. В качестве ведущего фактора перехода обводненных гранулированных осадков в разжиженное состояние выступает рост порового давления до геостатических величин. В результате эксперимента по одновременной регистрации порового давления в разжижающемся водоносном горизонте и ускорения поверхности грунта (Holzer et al., 1989) установлено, что рост порового давления до геостатических величин начинается после достижения пикового ускорения 0.21g.
Сейсмогидрогеологические эффекты в удаленных зонах сильнейших землетрясений проявляются на расстояниях от первых сотен до тысяч км. По данным специализированных гидрогеологических наблюдений в зоне 5-балльных сотрясений от Кроноцкого землетрясения выявлены различные типа сейсмогидрогеологических эффектов, включающие гидрогеологические предвестники, косейсмические скачки порового давления и длительные постсейсмические изменения в состоянии напорных подземных вод. Во время прохождения сейсмических волн от сильнейших землетрясений, произошедших на расстояниях 748-8250 км, обнаружены разнообразные вариации уровня воды, имеющие преимущественно постсейсмический характер.
Список литературы
1. Гусев А.А., Левина В.И., Митюшкина С.В. Результаты макросейсмического обследования последствий сильного (Мw=7.9) Кроноцкого землетрясения 5 декабря 1997 г. // Кроноцкое землетрясение на Камчатке 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский: Изд-во КГАРФ, 1998. С. 49-54.
2. Копылова Г.Н. Изменения уровня воды в скважине ЮЗ-5, Камчатка, вызванные землетрясениями // Вулканология и сейсмология, 2006. № 6. С. 53-63.
3. Левина В.И., Гусев А.А., Павлов В.М. и др. Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 года с Мw=7.8, I0=8 (Камчатка) // Землетрясения Северной Евразии в 197 году. Обнинск: ГС РАН, 2003. С.251-271.
4. Пинегина Т.К., Константинова Т.Г. Землетрясение в Коряки // Природа, 2006. № 9. С. 57-61.
5. Cooper H.H., Bredehoeft J.D., Papadopulos I.S. et al. The response of well-aquifer system to seismic waves // J. Geophys. Res. 1965. V. 70. P. 3915-3926.
6. Holzer T.L., Youd T.L., Hanks T.C. Dynamics of liquefaction during the 1987 Superstition Hills, California, earthquake // Science, 1989. V. 244. P. 56-59.
7. Gordeev E.I., Gusev A.A., Levin V.E. et al. Preliminary analysis of deformation at the Eurasia-Pacific-North America plate junction from GPS data // Geophys. J. Int., 2001, V. 147, P. 189-198.