Подземные воды Южного Прибайкалья – источник информации для прогноза землетрясений Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы

что говорит об адекватности разработанной математической модели и оптимальной работе компьютерной программы.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Илларионов А. И., Янчук О. В. Нелинейное преобразование излучения по частоте сфокусированного гауссова пучка // Изв. ВУЗов. Физика. 2007. Т. 50. -№ 12. С. 14-19.

ш

2. Янчук О. В., Илларионов А. И. Влияние сферической аберрации волнового фронта основного излучения на процессы генерации второй гармоники в одноосных кристаллах : сб. докл. IX межд. шк-семин. по люмен. и лазер. физики. (Иркутск, 2-6 окт. 2005 г.). Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2006. С. 212-219.

3. Дмитриев В. Г., Тарасов Л. В. Прикладная нелинейная оптика. М. : Физматлит. 2004. 512 с.

4. Васильев Ф. П. Численные методы решения экстремальных задач. М. : Наука. 2002. 415 с.

УДК 550.343 Лопатин Максим Николаевич,

аспирант, ИЗК СО РАН, г. Иркутск, тел. 89041369108, e-mail: [email protected]

Семенов Рудольф Михайлович,

д. г.-м. н., профессор, Иркутский государственный университет путей сообщения, в. н. с., ИЗК СО РАН,

тел. 89086607683, e-mail: [email protected]

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ -ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ ДЛЯ ПРОГНОЗА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ

M.N. Lopatin, R.M. Semenov

SOUTHERN BAIKAL REGION UNDERGROUND WATER -INFORMATION SOURCE FOR EARTHQUAKE PREDICTION

Аннотация. Рассмотрены вариации содержаний растворенного гелия в подземных водах Южного Прибайкалья накануне некоторых землетрясений в 2012 году, которые могут служить в качестве прогнозных признаков времени возникновения подземных толчков.

Ключевые слова: подземные воды, гелий, землетрясения, условная энергетическая характеристика землетрясений, прогноз землетрясений.

Abstract. We consider the variation of dissolved helium in Southern Baikal groundwater on the eve of some earthquakes in 2012, which may serve as a predictive sign earthquakes occurrence time.

Keywords: ground water, helium, earthquakes, conventional energy characteristic of earthquakes, earthquake prediction.

Введение

Сложности с предсказанием времени возникновения землетрясений общеизвестны. Несмотря на усилия исследователей всего мира, успешных прогнозов в этом отношении насчитываются единицы [1]. Объясняется это многими причинами. Во-первых, индивидуальностью моделей подготовки и реализации очагов землетрясений, во-вторых, своеобразностью реакций различных геолого-геофизических и других полей на эти многочисленные модели. Когда происходит ана-

лиз геолого-геофизических данных, которые отмечались перед землетрясением, обнаруживается следующее. Одни из них чутко отреагировали на приближение подземного толчка, другие проявились во время или же после землетрясения, третьи вообще не прореагировали на приближение землетрясения и т. д. В результате создается впечатление, что подготовка землетрясения никак не отразилась в его предвестниках. «Поскольку данные по предвестникам анализируются «кучей», без отсева, то неудивительно, что начинает укрепляться мнение об отсутствии предвестников землетрясений вообще» [2, с. 126]. Именно поэтому, на наш взгляд, необходимо анализировать раздельно поведение тех или иных изменений геолого-геофизических и др. показателей, предшествующих землетрясениям. Только изучив, как ведет себя тот или иной показатель, можно использовать их в совокупности. И в этом случае естественно ожидать более надежных прогностических результатов.

Известно, что растворенный в подземных водах гелий может использоваться в качестве краткосрочного предвестника землетрясений [3, 4, 5, 6]. В настоящее время во многих сейсмоактивных регионах как в России, так и за рубежом ведутся гидрогеохимические исследования с целью предсказания времени возникновения землетрясений. В Прибайкалье - одном из наиболее сейсми-

чески активных регионов России подобных исследований почти не проводилось. Хотя кратковременные наблюдения за концентрациями растворенного гелия в подземных водах, как в артезианских скважинах, так и на природных очагах разгрузки свидетельствовали о том, что иногда наблюдались колебания содержаний гелия накануне землетрясений [7].

Постановка задачи

В последние несколько лет мы изучаем содержание растворенного гелия в подземных водах Южного Прибайкалья и в глубинной воде Байкала. Полученные данные анализируем с проявлением сейсмической активности. Исследование содержаний гелия показывает, что они имеют пульсирующий характер. На фоне средних значений периодически отмечаются как повышенные, так и пониженные концентрации. Такие наблюдения отмечаются и в других регионах. Для них, как правило, характерны краткосрочные отклонения в сторону увеличения или уменьшения от средних значений. Обусловливаются они различными как геолого-геофизическими, так и метеорологическими и другими факторами [6].

В августе 2008 г. на юге Байкала произошло сильное (М = 6,3; 10 = 8 баллов) Култукское землетрясение, которому предшествовали характерные, не похожие на ранее фиксированные, изменения в концентрациях гелия [8, 9]. На наш взгляд, они могут рассматриваться в качестве краткосрочных предвестников землетрясения. Эти исследования продолжаются вплоть до настоящего времени. В предлагаемой статье рассмотрены данные, полученные за 2012 г. не только по глубинной воде Байкала, но и по артезианской скважине, расположенной на курорте Зеленый Мыс.

Ориентируясь на полученные накануне Кул-тукского землетрясения данные, мы предприняли попытку проанализировать поведение концентраций гелия в течение недели перед несколькими землетрясениями, произошедшими в Южном Прибайкалье в 2012 году.

Ранее было установлено [10], что влияния различных землетрясений на изменения геохимического состава подземных вод сказываются на расстояниях, равных десятикратному размеру их очагов [11]. Кроме того, В.Л. Барсуков с коллегами [6] предложили рассчитывать условную энергетическую характеристику, которая позволяет учитывать энергию землетрясения в пункте гидрогеохимических наблюдений в связи с его

удаленностью от эпицентра землетрясения. Рассчитывается она следующим образом:

К' = К - А^Я, (1)

где К' - условная энергетическая характеристика; К - энергетический класс землетрясения (десятичный логарифм энергии); А - специально подобранный численный коэффициент; Я - расстояние от эпицентра землетрясения до точки наблюдения, км.

По их мнению, изменение гидрогеохимических данных может происходить в том случае, если условная энергетическая характеристика землетрясения в пункте гидрогеохимических наблюдений составляет К' > 5.

В 2012 г. в Южном Прибайкалье произошло несколько различных по энергии землетрясений (табл. 1, рис. 1). Мы рассмотрели землетрясения с К' > 5. т. е. такие, которые могли оказать влияние на изменение гидрогеохимического состава подземных вод и, следовательно, предваряться краткосрочными предвестниками.

На рис. 2 приведены данные по вариациям концентраций гелия в пунктах гидрогеохимических наблюдений накануне некоторых землетрясений Южного Прибайкалья за 2012 год.

Выводы

Полученные данные оказались неоднозначными. В течение недели накануне землетрясений отмечаются различные колебания в содержаниях гелия, причем линейная связь между двумя пунктами гидрогеохимических наблюдений близка к слабой. Это объясняется, на наш взгляд, в основном двумя причинами: различной удаленностью очагов землетрясений от пунктов гидрогеохимических наблюдений, что, естественно, отражается и в различной сейсмической интенсивности в них и, вероятно, в различных моделях подготовки и реализации очагов землетрясений. Тем не менее, намечается тенденция снижения концентраций гелия в течение недели до подземного толчка и их повышение за несколько часов до землетрясения, т. е. так же, как это было установлено и накануне Култукского землетрясения 2008 года. Стоит отметить и усиление линейной связи в недельной выборке параметров перед сильным землетрясением в Туве 25 февраля 2012 года, прослеживавшееся и ранее при Култукском землетрясении.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке программы Президиума РАН № 16.8.

Информатика, вычислительная техника и управление. Моделирование. Приборостроение. Метрология. Информационно-измерительные приборы и системы

ш

Т а б л и ц а 1

Каталог землетрясений Южного Прибайкалья за 2012 год

«

и

и

<и о

а &

55

о

<М

о

<М

о

<М

о <м

о

<М

о

<М

о <м

о

<М

о <м

■а

<М О

<м о

<М

о

о

"Л

о

о

го

о

о

<М

>л <М

г©

го

8 ^ £р «

^ а

(11 НН

^ 5

з &

1-Н

" о

3 а

<и « а а т и

У «

¥

о

"Л

о

ж

5

"Л

т О

о

о\

"Л

г-

<М

о

<М

о

о о

а о

а

<и

л

г-

<м

"Л

<М "Л

г-00

г-

"Л,

оТ

"Л

г-

г-

о

«

и

и

<и

о «

а

н

о

"Л

о

о\

г-

со Ю

о

о\ °9 "л" о\

"Л

о

"Л

о

СП

о\

о\

«

«

и

и

<и

о «

<и

л

о

<и

¡г

и

н

<и

к <и <и .,

% и

сз

>л

о"

т

оС

оС

"Л,

о"

00„

о, "л"

<м 00

о,

о, оТ

оТ

о,

00

о >л

>л <м 00

о

о <м

<М <М

о

о

ч

о «

я ч

в и

« Г0

Й 3

I Ч Ю

Я §

а 3

О Ю «

у ^

СЗ оо Рч

н о

<и

и «

о н

а а

<и

ц и

а

т

о

ч

9 0

Я 00

00

о\ г-

о

<М

<м

<М

00 о

00 00 >л

>л о

о

г-

со

о <м

г-

о г-

00 00

<м о

<М

г-

г-,

"Л,

00

00 о"

с-, <о

га

О

о,

О

«"Т

О к о н ч а н и е т а б л и ц ы 1

Дата землетрясения Время землетрясения (по Гринвичу) Координаты эпицентра землетрясения Энергетический класс землетрясения Протяженность очага землетрясения и его 10-кратный размер Расстояние от водозабора Листвянка (в скобках Зел. Мыс) до эпицентра землетрясения Условная энергетическая характеристика землетрясения в пункте наблюдения

год м-ц ж у <а д час я ~ я? ж ^ =1 И ^ § км "Н

2012 г© <м <м © © 52,20 105,90 5, 9, © г<Г © <М 78 (89) «■Т »"Г

2012 00 © 00 г-ич 51,46 104,17 10,4 00 сп" 00 СП 67 (78) 6,8 (6,6)

2012 00 © о\ ю СП 51,64 101,36 ТОТ ^ СП4 <М СП 240 (226) СП ^ "О- "О-

2012 00 © <М © СП 51,70 104,60 10,8 ю 25 (44) Г"-"4

2012 о\ © <М СП <м <М 52,57 106,51 9, 9, 00, 00 <М 134 (137) с-^ С? "О- "О-

2012 © © г- 00 53,28 108,50 11,8 г-"4 © г- 280 (292)

2012 © © сп <м © 53,24 108,49 12,0 ич г-"4 ич г- 290 (290)

2012 © 00 00 00 52,39 106,59 5, 9, ©, г<Г © <М 131 (137) СП г^, "О- "О-

2012 © © СП © - 53,40 108,00 11,7 00, 00 71 (70) 8,0 (8,0)

2012 - 00 <м © 00 51,94 105,57 5, 9, © <М 49 (67) "о-

2012 <м 00 © СП <м <М ич 53,73 108,19 10,1 ^ СТ4 <М СП 288 (288) о? "О- "О-

2012 <м о\ © 00 © 00 52,26 108,51 О'ТТ "Л*4 © ич 288 (288) (Т'9) Т'9

2012 <м о\ <М © © г© 52,06 105,72 11,0 © ич 62 (71)

hj

s

w

re

н ■a м

я s a ы о

-

о со S о St u S re ■a

re н S Л re

re §

St И ss ■a в

■a s

re H S К о

s: *

IV

•Jy И Я

s

к

H в

и

о S

s

H о ■a s я

54,5

54

53,5

53

52,5

52

51,5

51

Щ Скв. ЗеленыйМыс О Листвянка

28.11 (6:18)*

К=9,5 (6,1; 5,9)**

*В числителе: Дата (Время) по Гринвичу **В знаменателе: Энергетический класс землетрясения (Условная энергетическая характер и emi t ка Листвянка; ЗеленыйМыс)

Размер отдельно взятой диаграммызависит от протяженности очага землетрясения, таким образом,за исходную берется диаграмма с наибольшей величиной данного параметра.

« 5

ТЗ г

О X

b S

о о

"1 b

X tr

e-g

is

ш

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112 °в.д.

Зеленый Мыс 2050

1900 1750 1600 1450 1300

- . _ 108 10,7

........... \ J *

* *

^^ ^—___ * *

1 1 1 1 1 1 1 1

Листвянка 6,50

- 6,00

19 фев 20 фев 21 фев 22 фев 23 фев 24 фев 25 фев 26 фев 27 фев

2150 1950 1750 1550

1350

1900 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200

/ N / \/ \ ' \ / \ * / \

V / / \ \ --Ч / ' V 4 / \ ✓ \

\ X / / -- \

V У4—' \ \

« 1 1 1 1 1 1 \ 1 1

- 6,85

23 окт 24 окт 25 окт 26 окт 27 окт 28 окт 29 окт 30 окт 31окт

-Зеленый Мыс

-----Листвянка

<-Моменты землетрясений с условной энергетической характеристикой

Рис. 2. Вариации концентраций гелия (п-10"5 мл/л) в пунктах мониторинга в соотношении с моментами сейсмических событий в 2012 г.

7

6,5 6

5,5 5

19 авг 20 авг 21 авг 22 авг 23 авг 24 авг 25 авг 26 авг 27 авг

6,35

5,85

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИМ СПИСОК

1. Wyss M., Habermann R.E. Precursory seismic quiescence // Physical and observational basis for intermediate-term earthquake prediction: Open-file report 87-591. Menlo-Park, Ca. 1987. Vol. 2. Pp.526-536.

2. Добровольский И. П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. М. : Физматлит. 2009. 240 с.

3. Уломов В. И., Мавашев Б. З. О предвестнике сильного тектонического землетрясения // Докл. АН СССР. 1967. Т. 176. № 2. С. 319-321.

4. Уломов В. И. Внимание! Землетрясение! Ташкент : Изд-во Узбекистан. 1971. 160 с.

5. Цзян Ф. Хайченское землетрясение 4 февраля 1975 г. Пекин: Землетрясение : пер. с кит. 1978. 90 с.

6. Барсуков В. Л., Беляев А. А., Серебренников В. С. Вестники беды : о поиске средств геохими-

ческого прогноза землетрясений. М. : Наука. 1989. 136 с.

7. Пиннекер Е. В., Ясько В. Г., Шкандрий Б. О. Результаты изучения гидрогеологических предвестников землетрясений в Байкальской рифтовой области : Гидрогеохимические предвестники землетрясений. М.: Наука. 1985. С. 259-265.

8. Semenov R. M. Earthquake of 27 August 2008 in the Southern Baikal Area its Precursors // Geody-namics & Tectonophysics. 2010. Vol. 1. № 4. Pp. 441-447.

9. Семенов Р. М., Смекалин О. П. Сильное землетрясение на Байкале 27 августа 2008 г. и его предвестники // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 4. С. 521-528.

10. Султанходжаев А. Н. Гидрогеосейсмоло-гические предвестники землетрясений // Узб. геол. журнал. 1979. № 2. С. 3-13.

11. Ризниченко Ю. В. Проблемы сейсмологии : избр. тр. М.: Наука. 1985. 408 с.