19Российский сейсмологический журнал 2022. Т. 4, № 1. С. 41-52. DOI: https://doi.Org/10.35540/2686-7907.2022.1.03
УДК 550, 530
Геофизический мониторинг геодинамического режима
Центральной Армении
© 2022 г. 1Р.А. Пашаян, 2Д.К. Карапетян, 3Л.В. Арутюнян, 1К.Г. Товмасян,
2Р.А. Карамян
1ИГИС НАН РА, г. Ереван, Республика Армения; 2ИГИС НАН РА, г. Гюмри, Республика Армения;
3ИОHX НАН РА, г. Ереван, Республика Армения
Поступила в редакцию 07.02.2022 г
Аннотация. Геофизический мониторинг геодинамического режима территории Армении включает наблюдения за химическим составом подземных вод, изменениями напряжённо-деформированного состояния земной коры и текущей сейсмичностью. Выявлены гидрогеохимические эффекты изменения напряжённо-деформированного состояния среды как индикатора современных геодинамических процессов. Авторы на основании опубликованных данных предполагают, что характер проявления геохимических аномалий зависит от параметров готовящегося сейсмического события — магнитуды (М) и эпицентрального расстояния (D). Составлена карта пространственно-временного распределения деформаций земной коры в результате произошедших землетрясений за последние три года в регионе. Исследуются основные компоненты ионного (Cl-, HCO3, SO4, Mg2+, общая минерализация) и газового (CO2) состава минеральных вод в сопоставлении с сейсмичностью. Составлена карта распределения эпицентров землетрясений в пространстве и во времени. Показана зависимость магнитуд, произошедших за исследуемый период землетрясений, от глубины их гипоцентров. По каталогу землетрясений построен график повторяемости землетрясений. Статистический анализ данных наблюдений показал, что наиболее информативной прогнозной характеристикой является дисперсия содержания углекислого газа в воде. По временным рядам концентраций химических показателей проведено определение эффектов, сопутствующих геодинамическому режиму земной коры Центральной Армении. Составлена карта распределения деформаций в земной коре центральной Армении с учётом глубин гипоцентров землетрясений.
Ключевые слова: землетрясение, гидрогеохимические наблюдения, сейсмичность, минеральная вода, деформация, гипоцентр, Армения.
Для цитирования: Пашаян Р.А., Карапетян Д.К., Арутюнян Л.В., Товмасян К.Г., Карамян Р.А. Геофизический мониторинг геодинамического режима Центральной Армении // Российский сейсмологический журнал. - 2022. - Т. 4, № 1. - C. 41-52. DOI: https://doi.org/l0.35540/2686-7907.2022.1.03
Введение
Геофизический мониторинг геодинамического режима земной коры территории Армении включает наблюдения за геохимическими показателями вод минеральных источников центральной части региона, геодинамикой подземных вод в скважинах, текущей сейсмичностью, деформационными изменениями земной коры, коррелируемыми с динамикой подземных вод и химическими компонентами минеральных вод. Наблюдения за геодинамическим режимом Центральной Армении включают работы по изучению напряжённо-деформированного
состояния земной коры во времени и пространстве, и их связи с сейсмической активностью. Сейсмичность является одним из чувствительных показателей активности современных тектонических движений. Активность геотектонических процессов земной коры влияет на динамику и геохимию подземных вод, в частности, на минеральные воды [Пашаян, 2019]. Величины геохимических аномалий, связанные с сейсмичностью, находятся в прямой зависимости от магнитуды землетрясений и в обратной зависимости от эпицентрального расстояния до точки режимных наблюдений [Григорян и др., 2015]. В работе применяется гидрогеохимический
метод для выявления динамики изменения во времени геохимических аномалий в макро-компонентном составе подземных вод и газов. Обработка продолжительных временных рядов гидрогеохимических компонентов проводилась статистическими методами с целью определения эффектов, сопутствующих геодинамическому режиму земной коры Центральной Армении. В статистическую обработку данных входили определение среднего значения фоновых концентраций химических компонентов, среднеквадратичное отклонение от фонового значения, параметрический корреляционный анализ. Задачей исследований является изучение режима геодинамических процессов активных участков земной коры по аномальным значениям параметров геофизических и геохимических полей.
Текущая сейсмичность
Современные тектонические движения земной коры Центральной Армении обусловлены сейсмическими процессами земной коры и активной геодинамикой глубинных разломов продольного и поперечного простираний: Гар-нийского, Ереванского и Азатского. Сейсмоактивными являются тектонические узлы пересечения разломов [Пашаян, 2009]. Геодинамический режим земной коры территории Армении рассмотрен по данным текущей сейсмичности в сопоставлении с результатами гидродинамических и гидрогеохимических наблюдений, наблю-
дательные пункты указаны на рис. 1а. За время исследований (2019—2021 гг.) в регионе произошло 70 землетрясений.
Карта сейсмичности территории Армении (рис. 1б) построена по каталогу землетрясений Европейского средиземноморского сейсмологического центра (EMSC), на ней показано распределение эпицентров произошедших землетрясений во времени и пространстве. Карта сейсмичности территории Армении отражает концентрацию эпицентров землетрясений на севере (Джавахетское нагорье). На рис. 1б этот участок обозначен кривой овальной формы, ограничивающей облако землетрясений, произошедших вблизи населённого пункта Ташир и скважины № 10. В Центральной Армении в отмеченный на карте участок входят минеральные источники № I, II и III (рис. 1а), скважины № 2 и 3, а также произошедшие вокруг них и населённого пункта Арташат землетрясения. Третья группа землетрясений имела место на восточном побережье оз. Севан и населённого пункта Чамбарак. Все остальные сейсмические события, произошедшие за период наблюдений и нанесённые на карту, располагаются в Центральной Армении. На юге и северо-востоке региона сейсмических событий не наблюдалось.
Построен график распределения произошедших землетрясений по магнитуде и глубинам очагов (рис. 2) за исследуемый промежуток времени.
43.5
44.0
44.5
45.0
45.5
46.0
46.5
43.5
44.0
44.5
45.0
45.5
46.0
46.5
ф - гидрогеохимические объекты наблюдения (ГГХ): I - Суренаван, II - Веди, Ш - Арзни, IV - Бжни; А - (№1-14) гидрогеодинамические скважины (ГГД); - глубинные разломы: I - Ереванский, П - Гарнийский, Ш - Азатский, IV - Батом-Севанский
О -города; •-М=2.0-4.0 0-М>4.0
Рис. 1. Карты расположения наблюдательных пунктов (а) и сейсмичности территории Армении за 2019-2021 гг. (б).
5.5 5.ОН
5 5.5 ^ 4.ОН
к 35 ё 3-ОН
Я
§ 2.5
2.ОН
^ 00
? -5 S-10H ¡-15 д. —20 Н
6 -25 -30 J
05.02.2021
• ••
О) ел О) СП О) О) СГ> СЛ О О Н гн *н ч—I *—I .—I Т—I *—I т—I т—I т-Чч-ч—14—1 т—I I ч-| —I т—I <—( т—I т—I —и
ООООООООООООООООООООООООООООООООСЗ С\1 С"\] с^ С\] С^ С^ г\| О! С^ С^ О! С^ С^ СМ с^ СМ Г^ С\] С^ о^ С"\] СЧ с^ С^ с^ ^ ^ ^ С4! СМ С^ СЧ
тнтнмтео^юоосотниммииммимююг^^^оою«
000000000^-н00000000000000000000*-н-^н^-!
С^ИОНН(^НС\ИтНООООННННИОНННННИС^ООНННг-
Дата (ддмм.гггг)
Рис. 2. График распределения землетрясений за 2019—2021 гг. по магнитудам и глубинам очагов
В основном землетрясения имеют значения магнитуд 2<M<4, за исключением двух землетрясений с M=5.1 и 4.9, а глубина очагов варьирует в интервале 2^10 км. Эти землетрясения (05.02.2021 г. с М=5.1, Л=19 км; 13.02.2021 г. с М=4.9, h=2 км) произошли на восточном побережье озера Севан и в Центральной Армении (табл. 1). Глубины очагов указывают на то, что все произошедшие землетрясения — коровые. Данные приведены по каталогу Европейского средиземноморского сейсмологического центра (EMSC) [Earthquake ..., 2022].
На графике повторяемости землетрясений за рассматриваемый промежуток времени (рис. 3) видно, что более представительными являются землетрясения с М>2. Наклон графика повто-
100
ю-
Рис. 3. График повторяемости землетрясений на территории Армении за 2019—2021 гг.
ряемости равен 0.54, эта величина соответствует среднему значению 0.5 по региону Армении.
Вычисленная суммарная сейсмическая энергия по годам составляет: 2019 г. — ES=7.8•109Дж; 2020 г. - ES=1.8•109Дж; 2021 г. - ES=2.2•1013Дж. Энергия, выделенная в 2021 г., на порядок выше среднегодового значения сейсмической энергии по региону.
Текущая сейсмичность территории Армении возросла за счёт произошедших в 2021 г. землетрясений: 15 землетрясений на глубинах 1-20 км вокруг гидрогеодинамической скважины № 10 на Джавахетском нагорье); десять землетрясений на глубинах 1-10 км в радиусе 10-17 км вокруг населённого пункта Чамбарак на восточном побережье оз. Севан; четыре сейсмические события на глубине 2 км в центральной части региона вокруг гидрогеодинамической скважины № 21 и г. Арташата (рис. 1б).
В табл. 1 приведены координаты местных землетрясений с M>2 вокруг скважин № 10, 21 и пункта «Чамбарак», а также значения эпицен-тральных расстояний (А), которые выбирались согласно величинам деформационных радиусов землетрясений, вычисляемых по формуле [Добровольский и др., 1980, с. 8]:
R=10a43M.
(1)
Приводятся также вычисленные значения расчётной деформации по формуле [Добровольский, 1984]:
D=(R/10
,0.413-М-2.66\-3
)-3.
(2)
Таблица 1. Параметры произошедших в 2021 г. землетрясений
Дата, дд.мм.гггг Координаты землетрясений Эпицентральное расстояние Д, км Магнитуда ML Глубина h, км Расчётная деформация D
j, °N l, °E
Скважина № 10 (j=41.07°N, 1=43.89°E)
07.02.2021 41.13 43.95 9.4 2.9 2 4.9-10-8
18.06.2021 41.16 43.93 10.9 2.6 8 1.3-10-8
14.07.2021 41.07 43.79 11.1 2.3 16 5.4-10-9
17.07.2021 41.15 43.99 14.2 2.2 2 1.9-10-9
16.08.2021 41.08 43.96 7.8 3.1 10 1.5-10-7
16.08.2021 41.14 44.01 15.4 2.6 10 4.8-10-9
17.08.2021 41.07 43.88 1.1 2.5 20 9.6-10-6
17.08.2021 41.15 43.92 9.5 2.8 2 3.6-10-8
25.08.2021 41.16 43.90 10.1 3.2 5 9.5-10-8
29.08.2021 41.15 43.93 9.9 3.0 2 5.6-10-8
30.08.2021 41.13 43.88 6.8 3.0 1 1.8-10-7
01.09.2021 41.10 43.84 6.5 2.1 20 1.5-10-8
03.09.2021 41.16 43.90 10.1 3.7 10 4.0-10-7
08.09.2021 41.04 43.95 7.4 2.4 20 2.4-10-8
14.09.2021 41.16 43.89 10.0 3.1 2 7.3-10-8
Пункт «Чамбарак» (j=40.60°N, 1=45.40°E)
05.02.2021 40.51 45.41 10.1 5.1 10 2.110-5
05.02.2021 40.50 45.29 16.5 4.2 2 3.7 10-7
05.02.2021 40.51 45.33 12.7 3.8 1 2.6 10-7
06.02.2021 40.52 45.33 11.8 2.3 3 4.5 10-9
07.02.2021 40.50 45.31 14.9 2.2 10 1.7109
13.02.2021 40.47 45.37 14.8 2.8 2 9.5 10-9
14.02.2021 40.51 45.36 10.9 2.7 5 1.810-8
15.02.2021 40.51 45.32 13.4 2.0 2 1.3 109
21.02.2021 40.50 45.33 13.5 2.4 1 4.0 10-9
07.03.2021 40.52 45.31 13.4 2.4 10 4.1109
Скважина № 21 (j=39.95°N, 1=44.60°E)
13.02.2021 40.02 44.49 14.5 4.9 2 4.110-6
13.02.2021 40.02 44.53 11.0 2.5 2 9.910-9
15.02.2021 40.01 44.45 17.9 2.3 2 1.3 109
17.02.2021 40.02 44.44 19.4 2.1 2 5.7^10-10
Таким образом, геодинамические процессы земной коры территории Армении за 2021 г. происходили в верхних слоях земной коры 1^20 км. При этом наибольшая величина расчётной деформации наблюдалась также в верхних слоях земной коры восточного побережья оз. Севан и в центральной части региона: Д=2.1-10-5 и 4.1-10-6. Здесь следует отметить, что реальные деформации существенно отличаются от расчётных. Так, на примере Спитакского землетрясения (07.12.1988 г., М=7.0), реальная деформация, измеренная с помощью лазерного деформо-графа, установленного в штольне обсерватории «Гарни», составила 10-7, а расчётная деформация — 10-5 [Деформационные ..., 1989].
Исходные данные и методика исследований
Сейсмическая сеть Армении состоит из девяти региональных сейсмических цифровых станций, вокруг г. Еревана установлены семь станций телеметрической связи, в обсерватории «Гарни» — станция IRIS, все они находятся в ведомстве Республиканской службы сейсмической защиты (РССЗ МЧС РА). Служба ежемесячно предоставляет Институту геофизики и инженерной сейсмологии имени А. Назарова Национальной академии наук Республики Армения (ИГИС НАН РА) данные по сейсмичности в виде каталогов землетрясений.
После Спитакского землетрясения сеть наблюдений за уровнем вод в гидрогеодинами-ческих скважинах расширилась, в настоящее время такие наблюдения ведутся в 14 скважинах (рис. 1а). Расположение гидрогеодинамических скважин внутри и на границе блоков позволяет выделять гидрогеологическое эффекты, предшествующие тектоническим движениям земной коры Армении [Пашаян, 2008]. Данные наблюдений за уровнем вод в скважинах за каждый месяц текущего года от РССЗ МЧС РА пересылаются в ИГИС НАН РА.
Обработка данных по уровню вод в скважинах проводится в лаборатории по методу гидрогеодинамических предвестников (ГГД) [Киссин, 2015] с целью обнаружения изменений режима подземных вод, которые могут рассматриваться в качестве предвестников тектонических движений земной коры.
Авторами данной статьи ведутся наблюдения за химическим составом минеральных вод месторождений центральной Армении (рис. 1а), начиная с 2006 г., и по настоящий день. Месторождения расположены вдоль основных разломов, близких к общекавказскому простиранию и являющихся основными сейсмоструктурами на территории Центральной Армении [Пашаян, Туманян, 2010]. Работы ведутся в рамках базовой темы лаборатории «Гидрогеодинамика и экологической геофизики» ИГИС НАН РА. Забор проб воды из перечисленных источников производится два раза в месяц, после химического анализа состава вод выполняется статистическая обработка временных рядов. Данные результатов анализа и статистической обработки временных рядов ионного (С1-; SO4; НС03; Mg2+) и газового (С02) состава вод, а также общая минерализация сопоставлялись с сейсмическими событиями региона.
Геофизический мониторинг геодинамического режима Центральной Армении проводился по наблюдениям за изменениями химического состава источников минеральных вод, а также растворённого в воде углекислого газа, изменением напряжённого состояния земной коры и их сопоставлением с сейсмичностью.
Круговая диаграмма (рис. 4) отражает процентное содержание катионов и анионов в экв. ионного состава минеральной воды каждого источника по разным сторонам от линии 0 - 100%, проходящей по центру круга. Формула состава минеральной воды источника «Арзни» по М.Г. Курлову [Курлов, 1928] следующая:
С021.3М5.9С167НШз2^047рН6.8Т 19, (3) 2 Na73Mg14Ca10
поэтому вода - хлоридно-гидрокарбонатно-натриевая.
100%
■ С1
□ во4
100%
НСО, II 50
□
■ N3 □ К
■ Са
100%
100%
Ш 50
IV 50
Рис. 4. Круговая диаграмма Н.И. Толстихина [Дзенс-Литовский, Толстихин, 1937] химического состава минеральных вод источников: I - «Суре-наван», II - «Веди», III - «Бжни», IV - «Арзни»
Применяемый в работе геохимический метод [Барсуков и др., 1992] основан на выявлении аномальных изменений растворённого в воде углекислого газа и концентраций ионов вод в период, предшествующий землетрясениям. Деформации в результате землетрясений часто приводят к изменению проводимости трещин, которые влияют на соотношение приповерхностной и глубинной составляющих в минеральных водах. В результате происходят изменения показателей минеральных вод, их солевого и газового состава [Киссин, 2015]. Целью гидрогеохимического метода является выявление и изучение гидрогеохимических эффектов изменения напряжённо-деформированного состояния среды как индикаторов современных геодинамических процессов. С этой целью проводилась статистическая обработка рядов гидрогеохимических данных во времени. В статистическую обработку данных входили определение среднего значения фоновых концентраций химических компонентов, среднеквадратического отклонения от фонового значения и изменчивость дисперсии в смежных временных интервалах.
Результаты наблюдений за общей минерализацией вод во времени (2019-2021 гг.) показали наличие тренда, на фоне которого наблюдается повышение минерализации воды пункта «Арзни», и тренд на понижение вариаций общей минерализации воды пункта «Веди» (рис. 5). Среднее значение минерализации в этих пунктах
наблюдений — 8340 и 3652 мг/л. Исходя из полученных данных, можно предположить, что в водовмещающих породах месторождения «Арзни» происходит деформационный процесс растяжения, что указывает на повышенную активность геодинамических движений Ереван-Ордубадского тектонического блока, куда входят месторождения вод «Арзни» и «Веди» (рис. 5).
3900 3800 3700 3600 3500 3400 3300 3200 3100 3000 2900
об. мин. (мг/л)
об. мин, (мг/л)
п '
-Арзни
-Веди
-8500 -8450 -8400 -8350 -8300 -8250 -8200 -8150
жания углекислого газа, растворённого в водах перечисленных пунктов, составляет 1242.13 и 1040.71 мг/л. Список сейсмических событий, имевших место на разном удалении от пунктов наблюдений, представлен в табл. 2. Изменения концентрации углекислого газа приведены по водам двух наблюдательных гидрогеохимических пунктов — «Веди» и «Бжни» (рис. 6, 7). Стрелками показаны моменты землетрясений из табл. 2.
1150"!
1100-
СОг (мг/л)
00)0)0)0>0)0>000000*-т-*-*-т-т-т-т-т-т-т-т-т-т-СМСЧСМСЧСЧСЧСМСЧСЧСЧСМСМСМ П^^ЮШОПППСОО^ПП^СО^ОЛП
ророр^т^ооот^^^оорооот^
Ш^ШОТОСОФЮСО^ЮСОСЧСОЮСОСЧСЧСЧСО СЧСЧСЧСМСОСМОСМОСЧт-т-СЧСЧСЧСМОт-ОО!
Дата
Рис. 5. График вариаций значений общей минерализации вод «Арзни» (I) и «Веди» (II)
Деформация растяжения, сформировавшаяся в земной коре, содействует образованию множества трещин в водосодержащих породах и циркуляции глубинных вод с наибольшей концентрацией растворённых веществ и увеличением общей минерализации. Тренд на понижение общей минерализации воды «Веди» происходит в результате образования деформации сжатия, что приводит к сжатию водовмещающих пород месторождения и замедлению доступа глубинных вод, а также содействует понижению общей минерализации вод «Веди». В данном случае это указывает на геодинамические процессы Ереванского тектонического блока, в котором расположены месторождения «Суренаван» и «Веди» [Ахвердян и др., 2018].
Статистический анализ фактического материала показал, что наиболее информативной характеристикой для получения критериев краткосрочного прогноза сейсмического события является дисперсия содержания углекислого газа в воде на некотором временном интервале. Рассматриваемый метод основан на статистической оценке изменчивости дисперсии углекислого газа в смежных временных интервалах. При этом используется среднее значение дисперсии. Временные ряды химических элементов минеральных вод составлены по данным ежемесячных наблюдений. Среднее значение содер-
0)О)СТО)О)СТО)ООООоО .................00 О) см
од ю со .
ооооот-т-оа <ог^о>о)осоо>юсо счсчсмодсосчосч-
О О О О О Ч-
Дата
Рис. 6. Дисперсия концентрации углекислого газа (минеральная вода «Веди»)
СР2 (мг/л)
111111 ОООООЭООЭиииио«-»*-*- ч- т- т- т- т—
- I-1 I-1 /-> —— —— /—> ^ т--- - - — - -
О О О О О ч-СММММПСМОМОСМ'-'-МММСМО
Дата
. . . -. °
(Лсос^сосососчо^счсо
_ _ ~ _ ~ ^
Рис. 7. Дисперсия концентрации углекислого газа (минеральная вода «Бжни»)
Как видно из рис. 6 и 7, отмечаются определённые периоды повышения и соответствующего снижения значений дисперсий, которые сопровождаются землетрясениями. Вначале происходит повышение величины дисперсии, после чего отмечается её скачкообразное снижение. Показано, что дисперсия при переходе от фоновых значений временного ряда к аномальным его величинам изменяется закономерным образом. В промежуточной зоне между аномалией и фоновым значением среднее значение компоненты может оставаться фоновым, в то время как дисперсия принимает аномальное значение [Осика, 1981]. В табл. 2 включены сейсмические события в центральной части региона за 2019—2021 гг. (по данным EMSC). Также показаны эпицентральные расстояния (А, км) до наблюдательных пунктов «Веди» и «Бжни» и магнитуды землетрясений M (М>2). На рис. 6 можно видеть три периода разной длительности
во временном интервале повышения и снижения величины дисперсии. На рис. 7 отмечаются два периода повышения и снижения величины дисперсии. Чаще всего сейсмические события соответствуют минимальным значениям дисперсии, что можно принять в качестве прогнозного признака.
С целью определения эффектов, сопутствующих геодинамическому режиму земной коры Центральной Армении, по временным рядам концентраций химических компонентов определялось среднее значение фоновых концентраций, среднеквадратичное отклонение от фонового значения и гидрогеохимический эффект по химическим компонентам минеральных вод [Григорян и др., 2015] (табл. 3). Гидрогеохимический эффект — это аномалия значения химического элемента состава воды, выявленная в процессе обработки временного ряда, предшествующая сейсмическому событию.
Таблица 2. Сведения о землетрясениях, отмеченных стрелками на рис. 6, 7
Дата, Координаты эпицентров МЬ «Веди» «Бжни»
дд.мм.гггг ф, °N 1, °Е А, км А, км
10.03.2019 41.13 43.98 2.2 33
25.04.2019 40.62 44.59 2.1 15
06.06.2019 39.78 45.07 2.6 41
13.06.2019 40.68 44.78 2.6 24
06.07.2020 40.03 44.49 2.2 29 55
13.02.2021 40.02 44.49 4.9 28 15.02.2021 40.01 44.45 2.3 32
18.02.2021 40.05 44.5 2.0 29 52
Таблица 3. Гидрогеохимические эффекты (ГГХ) компонентов минеральных вод
Параметры землетрясений ГГХ
М^, мг/л НС03, мг/л Общая минер. мг/л С02, мг/л
Дата, дд.мм.гггг ф, 1, °Е МЬ А к 5 5 А к 5 5 А к 5 5 А к 5 5 А
Суренаван
02.13.2021 40.02 44.49 4.9 39 - - - - 1917 1976 7 95 4075 4080 2 55 356 378 5 225
08.26.2021 40.15 45.04 3.1 52_1982 1976 2 65 4060 4080 4 205 346 334 3 125
Веди
02.13.2021 40.02 44.49 4.9 28 1042 1005 6 375 2125 2220 9 95 3733 3700 6 335 1042 1110 8 605
08.26.2021 40.15 45.04 3.1 42 1031 1012 4 195 2030 2171 11 145 3613 3320 17 295 1031 1012 4 195
Бжни
02.13.2021 40.02 44.49 4.9 56 76 82 2 65 2207 2245 6 95 4537 4530 2 75 1240 1245 2 55
08.26.2021 40.15 45.04 3.1 58 82 86 2 45 2253 2220 6 95 4440 4380 7 605 1239 1245 2 65
Арзни
02.13.2021 40.02 44.49 4.9 38 347 374 5 275 1995 2050 7 75 8348 8300 7 485
08.26.2021 40.15 45.04 3.1 54_2062 2074 3 125 8395 8370 5 255 1309 1315 2 65
Примечание: ML - магнитуда, А - эпицентральное расстояние, к - фоновое значение, 5 - отклонение от фонового значения, 5 - дисперсия, А - гидрогеохимический эффект.
Напряжённо-деформированное состояние земной коры территории Армении
Общая картина напряжённо-деформированного состояния земной коры территории Армении (рис. 8) определялась по вычисленным значениям расчётной деформации вокруг каждой гидрогеодинамической скважины и гидрогеохимического пункта наблюдений, исходя из изменений геодинамики земной коры и количества сейсмических событий, произошедших за это время. Построенная карта [Саргсян, 2006] отражает информацию о состоянии деформационного поля в пространстве всего региона.
Деформационные процессы земной коры региона приводят к образованию структуры деформаций сжатия на севере (Джавахетское нагорье), в Центральной Армении (у западной границы) и на восточном побережье озера Севан и отсутствию напряжений на северо-востоке и юге территории. В тектоническом разрезе можно подчеркнуть приуроченность образовавшихся напряжённых участков к Базум-Севанскому, Гарнийскому и Ереванскому разломам. Таким образом, можно отметить активизацию геодинамических процессов Гюмрийского, Ереванского тектонических блоков и по Базум-Севанскому и Гарнийскому глубинным разломам.
Для определения деформации земной коры на глубинах очагов произошедших в Централь-
ной Армении землетрясений производился расчёт по формуле [Добровольский и др., 1984]:
£=(Л-М0а413М-266)-3, (4)
в которой учитывается глубина (К) очага произошедшего землетрясения. Полученная картина (рис. 9) отражает напряжённо-деформированное состояние земной коры на глубинах распределения гипоцентров землетрясений, при этом следует отметить образование структуры деформации (сжатия) вокруг озера Севан, что, возможно, связано с активизацией геодинамики Севанского тектонического блока.
Обсуждение результатов
По результатам геофизического мониторинга геодинамического режима территории Армении (2019—2021 гг.) выявлена активизация геодинамических процессов в Гюмрийском, Ере-ван-Ордубатском, Ереванском и Севанском тектонических блоках. А приуроченность очагов многих произошедших землетрясений к Гарнийскому, Базум-Севанскому и Ереванскому глубинным разломам является индикатором повышения активности перечисленных разломов. За исследуемый период наблюдается отсутствие напряжений на юге и северо-востоке территории.
Рис. 8. Карта напряжённо-деформированного состояния земной коры территории Армении (2019—2021 гг.).
Рис. 9. Карта напряжённо-деформированного состояния земной коры Центральной Армении.
Изменения напряжённо-деформированного состояния среды, вызванные современными геодинамическими процессами, отражаются на химическом составе минеральных вод, в частности, на содержании Mg2+, С1-, НС03, С02 и общей минерализации.
Показана картина напряжённого состояния земной коры на уровне гипоцентров произошедших землетрясений. Определено численное значение суммарного выхода сейсмической энергии с мест концентрации сейсмических событий.
На северо-востоке и юге территории Армении наблюдается отсутствие сейсмичности.
Применён метод, основанный на статистической оценке изменчивости в смежных временных интервалах по вариации величины дисперсии содержания углекислого газа в водах минеральных источников - «Бжни» и «Веди».
Дана оценка геодинамического режима территории Центральной Армении по данным геофизического мониторинга.
Заключение
Таким образом, по параметрам графика повторяемости землетрясений, произошедших за последние три года, можно придать сейсмическому режиму территории Армении уровень среднего значения.
На карте напряжённо-деформированного состояния земной коры региона (рис. 8) показаны деформационные процессы земной коры региона, приводящие к образованию структуры деформаций сжатия на севере, в Центральной Армении (у западной границы) и на восточном побережье озера Севан.
Выявлено образование структуры деформации (сжатия) вокруг озера Севан, что, возможно, связано с активацией геодинамики Севанского тектонического блока (рис. 9).
Литература
Ахвердян Л.А., Пашаян Р.А., Арутюнян Л.В. Связь между вариациями напряжённо-деформированного состояния земной коры и сейсмической активностью на территории Армении // Доклады НАН РА. - 2018. - Т. 118, № 3. - С. 260-268. Барсуков В.Л., Беляев А.А., Бакалдин Ю.А. и др. Геохимические методы прогноза землетрясений. - М: Наука, 1992. - 212 с.
Григорян С.В., Пашаян Р.А., Арутюнян Л.В. Гидро-геодинамические и геохимические предвестники землетрясений на территории Армении // Доклады НАН РА. - 2015. - Т. 115, № 1. - С. 50-58. Деформационные процессы в период, предшествующий Спитакскому землетрясению / Отв. ред. И.Л. Нер-сесов, Л.А. Латынина. - М.: ИФЗ АН СССР, 1989. - С. 7-10.
Дзенс-Литовский А.И., Толстихин Н.И. Природные минеральные воды и грязи Советского Союза // Природа. - 1937. - № 10. - С. 104-124. Добровольский И.П. Механика подготовки тектонического землетрясения. - М.: Наука, 1984. - 188 с. Добровольский И.П., Зубков С.И., Мячкин В.И. Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений // Моделирование предвестников землетрясений. - М.: Наука, 1980. - С. 7-44. Киссин И.Г. Флюиды в земной коре. - М.: Наука, 2015. - 327 с.
Курлов М.Г. Классификация сибирских целебных минеральных вод. - Томск: Томский НИИ курортологии, 1928. - 73 с.
Осика Д.Г. Флюидный режим сейсмически активных областей. - М.: Наука, 1981. - 204 с. Пашаян Р.А. Гидрогеохимия Араратского геодинамического сейсмополигона // Известия НАН РА. Науки о Земле. - 2008. - Т. LXI, № 3. - С. 39-45. Пашаян Р.А. Минеральные воды Центральной Армении. - Кишинёв: LAP Lambert Academic Publishing, 2019. - 68 с.
Пашаян Р.А. Сейсмотектоника и сейсмический режим Центральной Армении // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы Четвертой Международной сейсмологической школы. — Обнинск: ГС РАН, 2009. - C. 154-158.
Пашаян Р.А., Туманян Г.А. Сейсмический режим и тектоника Араратского сейсмопрогностического полигона // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных. Материалы Пятой Международной сейсмологической школы. - Обнинск: ГС РАН, 2010. - C. 149-154. Саргсян А.З. Гидрогеодеформационная характеристика земной коры территории Армении (20022004 гг.) // Известия НАН РА. Науки о Земле. -2006. - Т. LLX, № 3. - C. 30-36. Earthquake. Latest data contributions // CSEM EMSC [Site]. - URL: https://www.emsc-csem. org/Earthquake/seismologist.php (дата обращения 10.01.2022).
Сведения об авторах
Пашаян Ромела Артаваздовна, канд. мин. наук, вед. науч. сотр. Института геофизики и инженерной сейсмологии имени А. Назарова Национальной академии наук Республики Армения (ИГИС НАН РА), г. Ереван, Республика Армения. E-mail: romellapashayan@sci.am
Карапетян Джон Костикович, канд. геол. наук, директор ИГИС НАН РА, г. Гюмри, Республика Армения. E-mail: jon_iges@mail.ru
Арутюнян Левон Вартанович, канд. геол. наук, зав. лаб. Института общей и неорганической химии имени М.Г. Манвеляна Национальной академии наук Республики Армения (ИОНХ НАН РА), г. Ереван, Республика Армения. E-mail: levonharutyunyan25@rambler.ru
Товмасян Кристина Гагиковна, ст. инженер ИГИС НАН РА, г. Ереван, Республика Армения. E-mail: kristina. tovmasyan.2020@mail.ru
Карамян Раффи Араикович, канд. геол. наук, науч. сотр. ИГИС НАН РАН, г. Гюмри, Республика Армения. E-mail: rafo.karamyan@gmail.com
Geophysical monitoring of the geodynamic regime
of Central Armenia
© 2022 R.A. Pashayan1, D.K. Karapetyan2, L.V. Arutyunyan3, K.G. Tovmasyan1,
R.A. Karamyan2
1IGES NAS RA, Yerevan, Republic of Armenia; 2IGES NAS RA, Gyumri, Republic of Armenia; 3IGIC NAS RA, Yerevan, Republic of Armenia
Received February 7, 2022
Abstract Geophysical monitoring of the geodynamic regime of the territory of Armenia is carried out including observations of the chemical composition of groundwater, changes in the stress-strained state of the earth's crust and current seismicity. Hydrogeochemical effects of changing the stress-strained state of the medium as indicators of modern geodynamic processes have been revealed. Based on published data, the authors suggest that the nature of the manifestation of geochemical anomalies depends on the parameters of the forthcoming seismic event — magnitude (M) and epicentral distance (A). A map of the spatial-temporal distribution of deformations of the earth's crust because of earthquakes over the past three years in the region has been compiled. The main components of ionic (Cl-, HCO3, SO4, Mg2+, total mineralization) and gas (CO2) composition of mineral waters in comparison with seismicity in the earth's crust are studied. A map of the distribution of earthquake epicenters in space and in time has been compiled. The obtained graph shows the hypocenters dependence of magnitude of earthquakes that occurred during the investigated period on the depth of hypocenters. Earthquake catalogue is using to plot earthquake recurrence. Statistical analysis of observational data showed that the most informative predictive characteristic is the dispersion of carbon dioxide content in water. According to the time series of concentrations of chemical indicators, the effects associated with the geodynamic regime of the earth's crust of Central Armenia were determined. A map of the distribution of deformations in the earth's crust of central Armenia was compiling taking into account the depths of the hypocenters of earthquakes.
Keywords Earthquake, hydrogeochemical observations, seismicity, mineral water, deformation, hypocenter, Armenia.
For citation Pashayan, R.A., Karapetyan, D.K., Arutyunyan, L.V., Tovmasyan, K.G., & Karamyan, R.A. (2022). [Geophysical monitoring of the geodynamic regime of Central Armenia]. Rossiiskii seismologicheskii zhurnal [Russian Journal of Seismology], 4(1), 41-52. (In Russ.). DOI: https://doi.org/10.35540/2686-7907.2022.1.03
References
Akhverdyan, L.A., Pashayan, R.A., & Arutyunyan, L.V. (2018). [Relationship between variations in the stressstrain state of the Earth's crust and seismic activity on the territory of Armenia]. Doklady NAN RA [Reports NAS RA], 118(3), 260-268. (In Russ). Barsukov, V.L., Belyayev, A.L., Bakaldin, Yu.A., et al. (1992). Geokhimicheskiye metody prognoza zemletryaseniy [Geochemical methods for earthquake prediction]. Moscow, Russia: Nauka Publ., 212 p. (In Russ.). CSEM EMSC. (2022). Earthquake. Latest data contributions. Retrieved from: https://www.emsc-csem.org/ Earthquake/seismologist.php
Dobrovolskiy, I.P., Zubkov, S.I., & Myachkin, V.I. (1980). [On estimating the size of the zone of manifestation of earthquake harbingers]. In Modelirovaniye predvestnikov zemletryaseniy [Modeling earthquake precursors] (pp. 7-44). Moscow, Russia: Nauka Publ. (In Russ.).
Dobrovolsky, I.P. (1984). Mekhanika podgotovki tektoni-cheskogo zemletriaseniia [Mechanics of tectonic earthquake preparation]. Moscow, Russia: Nauka Publ., 188 p. (In Russ).
Dzens-Litovsky, A.I., & Tolstikhin, N.I. (1937). [Natural mineral waters and mud of the Soviet Union]. Priroda [Nature], 10, 104-124.
Grigoryan, S.V., Pashayan, R.A., & Arutyunyan, L.V. (2015). [Hydrogeodynamic and geochemical precursors of earthquakes on the territory of Armenia]. Doklady NAN RA [Reports NAS RA], 115(1), 50-58. (In Russ.).
Kissin, I.G. (2015). Fliuidy v zemnoi kore [Fluids in the Earth's crust]. Moscow, Russia: Nauka Publ., 327 p. (In Russ).
Kurlov, M.G. (1928). Klassifikatsiia sibirskikh tselebnykh mineral'nykh vod [Classification of Siberian healing mineral waters]. Tomsk, Russia: Tomsk Research Institute of Balneology Publ., 73 p. (In Russ).
Nersesov, I.L., Latynina, L.A. (Eds.). (1989). Deforma-tsionnye protsessy v period, predshestvuiushchii Spitaks-komu zemletriaseniiu [Deformation processes in the period preceding the Spitak earthquake] (pp. 7-10). Moscow, Russia: IPE AS USSR Publ. (In Russ.). Osika, D.G. (1981). Flyuidnyy rezhim seysmicheski aktivnykh oblastey [Fluid regime of seismically active regions]. Moscow, Russia: Nauka Publ., 204 p. (In Russ.). Pashayan, R.A. (2008). [Hydrogeochemistry of the Ararat geodynamic seismic polygon]. Izvestiya NAN RA. Nauki o Zemle [News of NAS RA. Earth Sciences], LXI(3), 39-45. (In Russ.).
Pashayan, R.A. (2009). [Seismotectonics and seismic regime of Central Armenia]. In Sovremennyye metody obrabotki i interpretatsii seysmologicheskikh dannykh. Materialy Chetvertoy Mezhdunarodnoy seysmologicheskoy shkoly [Proceedings of the Fourth International Seis-mological Workshop "Modern Methods of Processing and Interpretation of Seismological Data"] (pp. 154158). Obninsk, Russia: GS RAS Publ. (In Russ.).
Pashayan, R.A. (2019). Mineral'nye vody Tsentral'noi Armenii [Mineral waters of Central Armenia]. Chisinau, Moldova: LAP Lambert Academic Publishing, 68 p. (In Russ).
Pashayan, R.A., & Tumanyan, G.A. (2010). [Seismic regime and tectonics of the Ararat seismic prognostic range]. In Sovremennye metody obrabotki i interpretatsii seismologicheskikh dannykh. Materialy Piatoi Mezhdunarodnoi seismologicheskoi shkoly [Proceedings of the Fifth International Seismological Workshop "Modern Methods of Processing and Interpretation of Seismological Data"] (pp. 149-154). Obninsk, Russia: GS RAS Publ. (In Russ.). Sargsyan, A.Z. (2006). [Hydrogeodeformational characteristics of the earth's crust in the territory of Armenia (2002-2004)]. Izvestiya NAN RA. Nauki o Zemle [News of NAS RA. Earth Sciences], LLX(3), 30-36. (In Russ.).
Information about authors
Pashayan Romela Artavazdovna, PhD, Leading Researcher of the Institute of Geophysics and Engineering Seismology after A. Nazarov of the National Academy of Sciences of Republic of Armenia (IGES NAS RA), Ykrevan, Republic of Armenia. E-mail: romellapashayan@sci.am
Karapetyan John Kostikovych, PhD, Director of the IGES NAS RA, Gyumri, Republic of Armenia. E-mail: jon_ iges@mail.ru
Harutyunyan Levon Vartanovich, PhD, Head of Laboratory of the Institute of General and Inorganic Chemistry after M.G. Manvelyan of the National Academy of Sciences of Republic of Armenia (IGIC NAS RA), Ykrevan, Republic of Armenia. E-mail: levonharutyunyan25@rambler.ru
Tovmasyan Kristina Gagikovna, Senior Engineer of the IGES NAS RA, Yerevan, Republic of Armenia. E-mail: kristina.tovmasyan.2020@mail.ru
Karamyan Raffi Araikovich, PhD, Researcher of the IGES NAS RA, Gyumri, Republic of Armenia. E-mail: rafo. karamyan@gmail.com
