CC BY
13EARTH SCIENCES
ОБЬЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМНОЙ КОРЫ АРМЕНИИ
Пашаян Р.А.
Ведущий научный сотрудник института Геофизики и Инженерной Сейсмологии НАНРА, к.г.м.н.
Карапетян Д.К.
Директор института Геофизики и инженерной Сейсмологии НАН РА,
к.г.н.
Арутюнян Л.В.
Заведующий лабораторией 'ГЕОХИМ' Института Общей и Неорганической Химии НАН РА, к.г.н.
AERIAL REPRESENTATION AND INTERPRETATION OF PARAMETERS OF GEODYNAMIC PROCESSES OF EARTH CRUST OF ARMENIA
Pashayan R.
Senior researcher,
Institute of Geophysics and Engineering Seismology NAS, RA Ph.D in geological-mineralogical sciences
Karapetyan J.
Director, Institute of Geophysics and Engineering Seismology
Ph.D in geological sciences Arutyunyan L.
Head of the 'Geochim' Laboratory, Institute of general and inorganic Chemistry, NAS RA
Ph.D in geological science DOI: 10.5281/zenodo.6695656
Аннотация
Картина обьемной интерпретации параметров геодинамических процессов земной коры территории Армении, строилась на основании полученных результатов исследования и возможной графической визуализации их. Построены карты сейсмичности, выделенной сейсмической энергии и карта напряженно-деформированного состояния земной коры региона. Составлены круговые диаграммы химического состава вод минеральных источников. Показаны вариации уровня подземных вод по наблюдательным гидрогео-динамическим скважинам. Расчитана диаграмма изменения во времени и в обьеме катионного и ионного состава минеральных вод. Дана количественная оценка расчетной деформации земной коры.
Abstract
Image of aerial interpretation of the parameters of geodynamic processes of Earth crust of Armenia has been developed based on the received results of the study and their possible graphic visualization. Maps of seismicity, released seismic energy and map of stress-deformative state of Earth crust of the region have been developed. Pie chart of chemical composition of water of mineral springs have been developed. Variations of the underground water level according to the studies of hydrogeodynamic boreholes are shown. Diagram of changes in time and in the volume of cationic and ionic composition of mineral water has been calculated.
Ключевые слова: геодинамика, гидрогеодинамика, диаграмма, деформация, земная кора, тектоника, подземные воды.
Keywords: geodynamics, hydrogeodynamics, diagram, deformation, earth crust, tectonics, underground water.
Материалы и метод.
Район исследования, охватывающий весь регион Армении, представляет собой нагорье, расположенное между средними течениями крупных водных артерий Закавказья: Куры и Аракса. Сейсмоактивный регион Армении характеризуется сложной тектоникой с множеством глубинных разломов общекавказского и антикавказского простираний. Особенно сейсмоактивны тектонические
узлы пересечения разломов. Геодинамический режим земной коры территории Армении рассмотрен по данным текущей сейсмичности. Число землетрясений (80), произощедщих за последние годы, приводятся на круговой диаграмме рис.1, где показано количество землетрясений разных магнитуд в процентном соотношении от общего числа сейсмических событий.
Рис. 1. Круговая диаграмма распределения числа землетрясений по магнитуде: М=2-77%, М=3-19%, М>4
- 5%.
Построена карта сейсмичности территории Армении (рис.2), на которой распределены эпицентры очагов произошедших землетрясений во вре-
мени и пространстве, а также пункты гидродинамических и гидрогеохимических пунктов наблюдений и глубинные разломы.
Рис.2. Карта сейсмичности т ерритории Армении
• - эпицентры землетрясения, ф- минеральные источники, А - гидрогеодинамические скважинь; ¡-^ - глубинные разломы, I- Ереванскийразпоь; ПТарнийский разлом, Ш-Азатский разлом; 1У-Базум-С еванский.
На карте сейсмичности территории Армении видно, что большинство эпицентров очагов землетрясений приурочены к глубинным разломам: Пам-бак-Севанский, Гарнийский, Арарат-Севанский и Ереванский. Материалы по сейсмичности (каталог) и уровню вод в гидрогеодинамических скважинах, предоставляется Республиканской службой сейсмической защиты (РССЗ). Наблюдения за вариациями уровня вод ведутся по скважинам, расположенным в сейсмоактивных тектонических зонах земной коры (рис.3). Наблюдательная сеть гидро-геодинамических скважин охватывает весь регион Армении. Рассчитан коэффициент информативности (Кинф=0.54) наблюдательной сети и каждой гид-
Рис. 3. Схема тектонической зональности Республики Армении, составлена А.Т.А сланяном
1-номЕразан, 2- границы оротектоничЕских поясов, 3- границы тектонических зон.
рогеодинамической скважины. В работе рассмотрены данные по уровню вод скважин NN 10, 12, 21 (рис.1), по которым Кинф>0.5. Применяемый метод гидрогеодинамических предвестников (ГГД) наблюдений за уровнем подземных вод в скважинах дает возможность выделить эффекты-предвестники по вариациям уровня подземных вод) [4]. Для выделения гидрогеодинамических эффектов, предшествующих тектоническим движениям земной коры, рассчитывались деформации, которые должны развиваться на месте расположения той или иной скважины, в зависимости от ее расстояния до эпицентра землетрясения и ее магнитуды (таб-лица1). Количество гидродинамических предвестников по уровню подземных вод регистрируются в
зоне, совпадающей по своему размеру с зоной распространения деформаций [3].
Скважина N10 пробурена на севере региона в Сомхето-Карабахской тектонической зоне. За время исследований вокруг скважины произошло двадцать пять землетрясений с 2<М<3.5, на эпицен-тральном расстоянии от 1,6 км до 13км, т.е. зона регистрации эффектов предвестников совпадает с зоной распространения деформации вокруг скважины N10. По вариации уровня воды в этой скважине характерно бухтообразное изменение уровня, что показано на рис.4, где наблюдается бух-нообразное понижение и поднятие уровня воды, момент землетрясения приурочен к восходящей ветви сигнала [2]. Таким образом, выделены эффекты предвестники, предшествующие сейсмическим событиям, согласно выше описанного метода гидрогеодинамических предвестников (рис.4а) . Скважина N12 пробурена в Севанской тектонической зоне, вблизи активного Спитакского разлома и характеризуется активной геодинамикой. Землетрясения: 06,25,2020, м=3.0; 08,21,2019, М=3.1, Н.м
произошли в радиусе 30 км от скважины, перед моментом землетрясения наблюдалось изменение уровня воды в форме сложных колебаний. Форма сложных колебаний уровня воды проявляется на фоне повышения уровня воды (тренд) в скважине, что указывает на наличие периодически слабых деформаций земной коры (рис.4б).
Скважина N21 пробурена в Приараксинской тектонической зоне. Землетрясение 13,02,2021, М=4.9 произошло в радиусе 15 км от скважины. Вариации уровня воды в скважине представлены снижением и последующим возрастанием бухтообраз-ной формы, момент землетрясения приурочен к восходящей ветви сигнала. Перед землетрясением снижающая ветвь сигнала осложена короткими ступенчатыми колебаниями уровня воды в скважине. Бухтообразные и ступенчатые колебания воды в скважине Ш1так же, как в предыдущей скважине наблюдаются на повышения (тренд) уровня воды в скважине (рис.4в)
ssasssabas^aassäsfessssgiiii! я" я а' ё а а га я в е ё р £ га в я я в i р р=" в
Пата
Рис.4 Вариации уровня вод в гидрогеодинамически скважинах Ы10(а),Ы12(б), Ы21(в),магнитуды произошедших землетрясений (г). Стрелками указаны землетрясения с М>3
Таким образом, по данным гидрогеодина-миеских скважин выявлены вариации уровней вод по трем скважинам, отражающие деформационные
процессы, вызванные сейсмическими событиями, произошедших в местах расположения скважин (табл.1).
Таблица 1.
Параметры землетрясений, указанных на рис.4_
Дата, дд.мм.гггг Координаты эпицентров ML D, км Деформация
Ф _
Скважина 10
02.02.2019 41.11 43.95 2,1 8 8,16E-09
25.06.2020 41.03 44.01 2,9 14 1,48E-08
21.08.2019 41.07 43.98 3,1 10 7,28E-08
15.06.2021 41.14 43.92 3,3 8,5 2,13E-07
16.08.2021 41.08 43.96 3,1 8 1,50E-07
29.08.2021 41.15 43.93 3 10 5,58E-08
20.01.2021 41.08 43.87 2 2,5 2,06E-07
Скважина 12
08,21,2019 41,07 43,98 3,1 33,0 2,02E-09
06,25,2020 41,03 44,01 2,9 27,5 1,98E-09
Скважина 21
13,02,2021 40,02 44,49 4,9 14,5 4,07E-06
Гидрогеохимические наблюдения ведутся по водам минеральных месторождений: Бжни, Арзни, Веди, Суренаван, расположенных вдоль основных разломов, близких к общекавказскому простиранию и являющимися основными сейсмогенными структурами на территории Центральной Армении
[6]. Химический состав вод минеральных источников показан на диаграммах рис,4., из чего следует, что минеральные воды местопождений Суренаван, Веди относятся к гидрокарбонатно-сульфатным, а воды месторождений Арзни, Бжни к хлоридно-гидрокарбонатным [7]. к
НС о
НС о
ш
Рис. 5. Круговая диаграмма (Толстихина Н. С.) химического состава минеральных вод источников: I- «Суренаван», II - «Веди», III- «Бжни», IV- «Арзни»
Применяемый в работе геохимический метод [1] способствует выявлению аномальных изменений растворенного в воде углекислого газа и реак-
ции катионного и ионного состава вод на геодинамические движения земной коры. Целью гидрогеохимического метода является изучение и выявление гидрогеохимических эффектов изменения
напряженно-деформированного состояния среды. Данные наблюдений по водам минеральных месторождений обрабатывались статистическими методами: по временным рядам концентраций химических компонентов определялось среднее значение фоновых концентраций и среднеквадратичное отклонение от фоновых значений, коэффициент дисперсии. Полученные результаты, далее сопоставлялись с сейсмичностью. Результаты обработки показали, что за исследуемый период по изменению минерализации в воде источника Арзни (рис.5).
наблюдается тренд на повышение минерализации, что указывает на деформационные процессы (сжатие, растяжение), имевшее место на участке выхода минеральной воды в связи с геодинамическими процессами земной коры региона. Можно предположить, что в водовмещающих породах месторождения Арзни происходит деформация сжатия, что отражает повышенную активность тектонических движений Ереван-Ордубадского блока, куда входят месторождения вод Арзни и Бжни.
4700
b 4400
к,
В 4300
а
«s
4200
4100
4000
SP
S?
А «О r{\ г!\
\> (Ч^ ГЧ!' Г-Ч^ гч>
8500
8200
8150
лу АМ гуо гЛ ,-\0 лй /Л ГчО
^ Ф ^ &
Рис.6. Изменение минерализации по водам источников (I) Арзни, (II) Бжни
I
п
Тренд на понижение минерализации воды источника Веди (рис.6), происходит в результате образования деформации сжатия, что приводит к сжатию водовмещающих пород месторождения и замедлению доступа глубинных вод, и содействует
понижению общей минерализации вод Веди (рис.7). В данном случае, это указывает на геодинамические процессы Ереванского тектонического блока, куда входят месторождения:Суренаван, Веди [5] .
Рис. 7. Изменение минерализации по водам источников (I) Суренаван, (II) Веди.
Предварительно, выявлены эффекты в вариациях макрокомпонентного состава и в составе растворенных в воде углекислых газов. Для макроком-понентного состава характерным эффектовым признаком является уменьшение или увеличение среднего значений их концентраций. Проявление
эффекта для углекислого газа, в отличие от макро-компонентного состава, является резкое изменение их концентации [8].
Для об'емного представления изменение кати-онного и анионного состава вод построена диаграмма изменения параметров химического состава вод во времени рис.8.
Рис.8. Диаграмма изменения гидрогеохимических элементов (М^+,С1~$04,НС0з), минерализации и С02 в воде минеральных источников за исследуемый период.
Диаграмма рис.8 отражает повышенное значение ониона С1-, в воде ист.Арзни, Бжни; катиона в ист. Суренаван, Арзни и намного меньше в водах Бжни и Веди; НСОз- почти в равных значениях распределен в водах приведенных источников, где заметна тенденция к повышению НС03- в воде Бжни. На диаграмме изменения минерализации и углекислого газа, растворенного в источниках минеральной воды, показано,что повышенное значение минерализации и С02 относится к минеральной воде Арзни и Бжни. Динамика изменения этих химических компонентов во времени не- значительны.
По значениям энергетических классов, произошедших землетрясений, рассчитывалась выделенная энергия, по которой строилась карта раепреде-ления сейсмической энергии по всему региону Армении (рис.9а). Карта отражает концентрацию выхода энергии (по сгущению изолиний значений энергии), на востоке оз.Севан и на западе региона. Величина суммарной сейсмической энергии на исследуемой территории в количественном значении составила ^ Е=4.00*1022 Дж, указывает на завышенное значение выделенной энергии по сравнению со средним значением ^ Е=22.12*1012 Дж по региону.
а) б)
Рис.9а,б. Карта распределения значений сейсмической энергии (а) и карта напряженно -
деформированного состояния земной коры территории Армении за 2019-2021гг. (б).
изолинии энергии, -—' -изолинии деформации.
Общая картина деформационно-напряженного состояния территории по годам определялась по вычисленным значениям деформации вокруг каждой гидрогеодинамической скважины, исходя из количества сейсмических событий произошедших за это время. Для сейсмических событий каждого года составлялись таблицы значений расчетных деформаций, имеющих место вблизи гидрогеодина-мических скважин в зависимости от эпицентраль-ного расстояния. Построенные карты линий равных значений деформаций по данным уровней вод гид-рогеодинамических скважин региона отражают геодинамические движения земной коры в виде локальных напряженных точек (сжатия или растяжения) [9]. Карта напряженно-деформированного состояния земной коры Армении (рис.9б.) отражает деформацию сжатия, образовавшаяся на Севере, Западе региона и на восточном побережье оз.Севан, в результате произошедших землетрясений (05.02.2021, ЫЬ=5.1; 13.02.2021, ЫЬ=4.9; 17.08.2021, ]^=3.9) на перечисленных участках региона, отсутствие напряжения наблюдается на Юге и СВ территории Армении.
Обсуждение
Оценка напряженно-деформированного состояния в разных участках сейсмоактивного региона Армении дана по результатам гидрогеодинамиче-ских и геохимических наблюдений за подземными водами, вариациям сейсмического режима .
Диинамика уровня подземных вод в гидро-геодинамических скважинах №10,12 отражает напряженно-деформированное состояние земной коры тектонического блока, который примыкает к транскавказской зоне и характеризуется активной геодинамикой.
Среди изученных гидрогеохимических компонентов в качестве краткосрочных эффектов изменений геодинамических процессов земной коры, предварительно, отмечается углекислый газ, хлор, сульфат-ион и минерализация.
Выводы
Обшая картина геодинамических процессов земной коры территории Армении по данным гидрогеохимии, гидрогеодинамики, сейсмическому режиму и расчитанным деформациям определяет возможность выявления активации геодинамических процессов в пространстве и во времени.
Эпицентры землетрясений, произошедших за исследуемый период, приурочены, в основном, к глубинным разломам: Гарнийский, Арарат-Севанский и Ереванский, из чего следует повышение геодинамики разломов (подвижки вдоль разломов).
По результатам исследований следует отметить повышенную активность геодинамических процессов Гюмрийского, Ереванского и Севанского тектонических блоков.
Дана количественная оценка выхода сейсмической энергии с мест концентрации сейсмических событий.
Список литературы
1. В.Л. Барсуков, А.А. Беляев, Ю.А. Бакалдин и др. Геохимические методы прогноза землетрясений. - М: Наука, 1992. - 212 с.
2. С.В. Григорян, Р.А. Пашаян, Л.В. Арутюнян Гидрогеодинамические и геохимические предвестники землетрясений на территории Армении // Доклады НАН РА. - 2015. -Т. 115, № 1. - С. 50-58.
3. И.П. Добровольский, С.И. Зубков, В.И. Мячкин Об оценке размеров зоны проявления предвестников землетрясений // Моделирование предвестников землетрясений. - М.: Наука, 1980. -С. 7-44
4. И.Г. Киссин, Флюиды в земной коре, Москва. Наука.2015.с.327
5. Минеральные воды центральной Армении. Пашаян Р.А. Монография.LAMBERT. 2019.С.60.
6. Д.Г. Осика Флюидный режим сейсмически активных областей. - М.: Наука, 1981. - 204 с.
7. Р.А. Пашаян, Д.К. Карапетян, Л.В. Арутюнян, К.Г. Товмасян, Р.А. Карамян Геофизический мониторинг геодинамического режима Центральной Армении. Российский сейсмологический журнал. г. Обнинск. 2022.Том 4. №1. С.44-53.
8. Р.А. Пашаян, Л.С. Багумян Динамика изменения гидрогеохимических элементов на
Араратском сейсмопроностическом полигоне. Доклады НАН РА. 2011.Т. 111. N4. С.364-372.
9. Р.А. Пашаян, А.З. Саргсян Гидрогеодеформационная характеристика земной коры территории Армении (2002-2004 гг.) // Известия НАН РА. Науки о Земле. - 2006. - Т. LLX, № 3. - С. 30-36.
