CC BY
12УДК 550.34 Омуралиев М., Омуралиева А.,
Омурбек кызы К.
Институт сейсмологии НАН КР, г.Бишкек, Кыргызстан
ИЗМЕНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ СРЕДЫ ЗЕМНОЙ КОРЫ В РЕАЛЬНОЕ ВРЕМЯ ВБЛИЗИ КУМТОРСКИХ ВЗРЫВОВ
Аннотация: В статье представлены результаты исследования за изменением скоростных характеристик и состоянием среды земной коры в реальное время вблизи Кумторских взрывов, которые излучают сейсмические волны. Вариации Vp, Vs и Vp/Vs указывают на частое и скачкообразное изменение во времени. Наблюдаются проявления флюидов и частичного плавления, которые обусловлены, вероятно, естественными и техногенными процессами литосферы.
Ключевые слова: промышленный взрыв, суточное слежение, годограф, скорость сейсмических волн, земная кора, флюиды, частичное плавление.
КУМТЭРДЭГУ ЖАРЫЛУУЛАРГА ЖАКЫН ЖЕРДЕГИ ЖЕР КЫРТЫШЫНЫН АБАЛЫНЫН АЙКЫН УБАКЫТТА ЭЗГЭРУУСУ
Кыскача мазмуну: Макалада сейсмикалык толкундардын очогу болгон Кумтерде^ жарылууларга жакын жердеги жер кыртышынын ылдамдык мYнездемелердYн жана анын абалынын кYHYмдYк езгерYYлерYн изилдеенYн жыйынтыктары берилген. Vp, Vs жана Vp/Vs нын вариациялары убакыт боюнча бат-бат жана секирмелYY езгерYYлердY керсетYшет. Флюид жана толук эмес эрYYHYн керYHYштерY байкалган. Буга литосферадагы табигый жана техногендик процесстери себеп болушу ыктымал.
Негизги сездер: енер жайлык жарылуу, суткалык кеземелдее, годограф, сейсмикалык толкундардын ылдамдыгы, жер кыртышы, флюид, толук эмес эрYY.
CHANGE IN THE STATE OF THE CRUST IN REAL TIME NEAR LOCATION OF THE KUMTOR EXPLOSIONS
Abstract: Results of the study on change in the velocity properties and state of the crust in real time near location of the Kumtor explosions which generate seismic waves are presented in the paper. Variations of Vp, Vs and Vp/Vs point out to frequent and stepwise change in time. Occurrence of fluids and partial melting are observed, that probably are specified by the natural and man-made processes of the lithosphere.
Keywords: industrial explosion, daily monitoring, hodograph, velocity of seismic waves, crust, fluids, partial melting.
Изучение состояния среды слоев земной коры и верхней мантии Тянь-Шаня по изменению скоростей распространения сейсмических волн в реальное время является актуальным. Временная изменчивость годовых скоростных свойств литосферы изучена по данным ядерных взрывов на Семипалатинском полигоне, а также крупномасштабного Камбаратинского взрыва, регистрируемых, в частности, сетью сейсмических станций Кыргызстана [1, 2, 3, 4]. Отмечены ритмы 1,3 года, 2 года и 4-6 лет. При изучении Аглатасских взрывов (на южном склоне Киндыктасского хребта), повторно произведённых через сутки и более, анализировалось изменение амплитуд продольных и поперечных волн (Ар, As, As/Ap) по данным сейсмических станцияй «Ананьево», «Боом», «Карагай-Булак», «Ала-Арча» и
другие для поиска предвестников землетрясений [5, 6]. Отмечено, что графики изменения амплитуд имеют колебательный характер. Выделены определённые гармоники со свойственными периодами, амплитудами и фазами. Изменчивость состояния земной коры и верхней мантии в реальное время отмечена в результате изучения сейсмических волн ряда Кумторских взрывов за 2012 г. [7].
Уникальное золоторудное месторождение «Кумтор», расположенное на северном склоне Акшийракского хребта, разрабатывается уже более 20 лет открытым взрывным способом. Взрывы производятся ежедневно или через день. Сейсмические волны взрывов записываются цифровыми сейсмическими станциями сети КККЕТ («Каракол» (РЯ^), «Каджи-Сай» (КБ1), «Нарын» (ШЫ), «Боом» (ВООМ)), ККЕТ («Улахол» (ИЬИЬ), «Токмок» (ТКМ), «Карагай-Булак» (КВК)), САВЕМОЫ («Подгорная» (РБОК)) и станцией «Тарагай» (ТАЯО) Центрально-Азиатского института прикладного исследования Земли (Кыргызстан, Германия). Эти станции расположены севернее, северо-западнее и юго-западнее от местоположения рудника «Кумтора» (рисунок1). Сейсмическая энергия взрывов колеблется от 105 Дж до 107 Дж. Магнитуда их составляет Мру=1.8-3.1 (по данным Института сейсмологии НАН КР).
Рисунок 1. Сеть цифровых сейсмических станций, записывающая Кумторские взрывы. Треугольниками обозначены сейсмические станции «Каракол» (PRZ), «Каджи-Сай» (KDJ), «Нарын» (NRN), «Боом» (BOOM), «Улахол» (ULHL), «Токмок» (TKM), «Карагай-Булак» (KBK), «Подгорная» (PDGK), «Тарагай» (TARG). Звёздочкой обозначена локация золоторудного месторождения «Кумтор».
Основными доступными параметрами, характеризующими состояние среды земной коры и верхней мантии, являются: скорость сейсмических продольных и поперечных волн, их отношение (Vp, Vs, Vp/Vs), максимальные амплитуды и периоды этих амплитуд, их отношения (Ap, Tp, As, Ts, As/Ap, Ap/Tp, As/Ts, (As-Tp)/(Ap-Ts). Скорость сейсмических волн
определялась составлением годографов для каждого взрыва. Анализ показал, что годограф состоит из различных отрезков на эпицентральных расстояниях в соответствии с данными сети сейсмических станций: первый отрезок - до 100 км, второй - более 100 км. Эти отрезки на годографах, очевидно, выражают скорость волн в верхнем, нижнем слоях земной коры и верхней мантии. Значения скоростей сейсмических волн во время последовательных взрывов показывали ход изменения состояния среды в слоях земной коры и верхней мантии. Годографы имели достаточную точность, достоверность аппроксимации составляла около Я2 = 0.99. На рисунке 2, в качестве примера, приведены три отрезка годографа взрыва, произведённого 1 апреля 2012 г. в 8 час. 4 мин. 37.27 сек. Первый отрезок годографа на эпицентральном расстоянии 42-94 км получен по данным станций: «Тарагай», «Каракол», «Каджи-Сай» (рисунок 2а). Достоверность аппроксимации поперечных и продольных волн составляет Я2 =1.0-0.99. Второй отрезок годографа на эпицентральном расстоянии 172 - 204 км получен по данным станций: «Улахол», «Нарын», «Боом» (рисунок 2б). Достоверность аппроксимации поперечных и продольных волн составляет около Я2 = 0.99. Третий отрезок годографа на эпицентральном расстоянии 248 - 323 км получен по данным станций: «Токмок», «Кызарт», «Учтор», «Ала-Арча» (рисунок 2в). Достоверность аппроксимации поперечных и продольных волн составляет около Я2 = 0.99.
30 25 20
И
4>
« 15
«V &
2 10
о
о
ts= 0,279 К Л т , 7 Г 9х+ 1,7385 ! = 1
V 8— 7 км/сек
0Д733х - 0, Ш = 0995-7 0002
V р=5,77 км/с Ур/Уз=1.62 ек
20 40 60 80
Эпицентральное расстояние, км
100
Рисунок 2а. Отрезки годографа взрыва, произведённого 1 апреля 2012 г. в 8 час. 4 мин. 27.27 сек. на эпицентральном расстоянии 42 - 94 км.
Рисунок 2б. Отрезки годографа взрыва, произведённого 1 апреля 2012 г. в 8 час. 4 мин. 27.27 сек. на эпицентральном расстоянии 172 - 204 км.
И и
о &
¡л'
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 о
= 0,2125х 1 > А + 17,28: ЮЙ7
\ 1и 11, N=4,70 к ' УО ! •м/сеу
» П - 1 1 ">35\ 1- 9 8985
Ч' 112 = 0,5 96
V] >=8,09 м и/сек
\р/\*=1 ,72
200 220 240 260 280 300 320 Этщентральное расстояние, км
340
Рисунок 2в. Отрезки годографа взрыва, произведённого 1 апреля 2012 г. в 8 час. 4 мин. 27.27 сек. на эпицентральном расстоянии 248 - 323 км.
Временная вариация значений Ур, Уб нижней части земной коры за 2011-2015 гг. приведена на рисунке 3. Наблюдается, что значения скоростей часто изменяются. Вариация величин Ур имеет среднее значение 6.93 км/сек со стандартным отклонением 0.47, что составляет 6.7 % от среднего значения. Вариация величин Уб имеет среднее значение 4.0 км/сек со стандартным отклонением 0.26, что составляет 6.7 % от среднего значения. Графики изменения Ур и Уб- неровные. Пределы их флуктуации во времени принимают относительно высокие и низкие значения, которые очерчиваются кривыми линиями. При этом отмечаются своеобразные циклы флуктуации первого, второго и более высокого (до суток) порядка. Длительность циклов флуктуации, например, верхних пределов Ур первого порядка составляет 300-500 суток, второго порядка - 100-230 суток. Следует отметить, что значения верхних пределов флуктуации скоростей в 2011 г. были относительно низкими, а в 2012 г. -сравнительно высокими. В данном регионе 28.01.2013 г. произошли Каркыра-Сарыджазское
(К=15, ф=42.59°, Х=79.64°) и 14.11.2014 г. Каджисайское (К=13.7, ф=42.12°, Х=77.22°) землетрясения в восточных частях Восточно-Терскейского и Западно-Терскейского поднятий, соответственно.
Вариация величин Vp/Vs за 2011-2015 гг. приведена на рисунке 4. Величина Vp/Vs часто изменяется (от 1.53 до 2), имеет среднее значение 1.727 со стандартным отклонением 0.047, что составляет 2.7 % от среднего значения.
Соотношение величин Vp, Vs, Vp/Vs выражает состояние среды [8-12]. А именно, малые значения Vp, Vs, Vp/Vs выражают проявление флюидов, а малые значения Vp, Vs, но большое значение Vp/Vs - частичное плавление. В таблице 1 приведены параметры, указывающие на проявления флюидов и частичного плавления в нижней части земной коры в
Время (сутки), 2011-2012 гг
Рисунок 3а. Вариация значений скорости продольных Ур (красная линия) и поперечных Vs (синяя линия) волн Кумторских взрывов за 2011 -2012 гг., распространённых в нижней части земной коры и верхней мантии. Верхние пределы флуктуации Ур, Vs первого и второго порядка показаны пунктирной и точечной линиями, соответственно.
3 -I-----------
730 820 910 1000 1090 1180 1270 1360 1450 1540 1630 1720 Время (сутки), 2013- 2015 гг
Рисунок 3б. Вариация значений скорости продольных Ур (красная линия) и поперечных Vs (синяя линия) волн Кумторских взрывов за 2013-2015 гг., распространённых в нижней части земной
коры и верхней мантии. Верхние пределы флуктуации Vp, Vs первого и второго порядка показаны пунктирной и точечной линиями, соответственно. Стрелками указаны Каркыра-Сарыджазское (К=15, 28.01.2013) и Каджисайское (К=13.7, 14. 11. 2014) землетрясения.
2
1,95 1,9 1,85 1,8
I, 1,75
>
1,7 1,65 1,6 1,55 1,5
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Время (сутки), 2011-2012 гг
Рисунок 4а. Вариация значений величины Vp/Vs Кумторских взрывов за 2011-2012 гг., характеризующая нижнюю часть земной коры и верхнюю мантию. Уровень нормального значения Vp/Vs=1.72 показан пунктирной линией.
2,1
2
1,9
^ 1,8
>
1,7 1,6 1,5
730 820 910 1000 1090 1180 1270 1360 1450 1540 1630 1720
Время (сутки), 2013 - 2015 гг
Рисунок 4б. Вариация значений величины Vp/Vs Кумторских взрывов за 2013 -2015 гг., характеризующая нижнюю часть земной коры и верхнюю мантию. Уровень номального значения Vp/Vs=1.72 показан пунктирной линией. Стрелками указаны
ь1| Ж Мг 4! и 1нШ и к М
11 Т1 \ 'л' 1 ||