CC BY
12УДК 550.348; 556.3; 550.4 Кендирбаева Дж.Ж., Гребенникова В.В.
Институт сейсмологии НАН КР Бишкек, Кыргызстан
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА СЕЙСМОГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО «ИНТЕРЬЕРА»
КЫРГЫЗСТАНА
Аннотация. Приведены некоторые данные пространственно-временных гидроаномалий, связанных с периодами до, во время и после землетрясений с Кр > 12.0, произошедших за 2012-2016 гг. на территории Кыргызстана и приграничных районов с привлечением числа Вольфа (W)- индекса солнечной активности. Выяснилось, что в Кыргызстане периоды его снижения совпадают с землетрясениями с Кр > 13.6, произошедшими за 1981-2017 гг. Примером послужила пространственно-временная динамика гидроаномалий в роднике «Сопу-Курган», а также в термоминеральных водах станций «Джеты-Огуз» и «Каджи-Сай», расположенных в Ошской и Иссык-Кульской областях Кыргызстана соответственно.
Ключевые слова: газо-химический состав, многолетний разрез, эпицентры землетрясений, статистический анализ, коэффициенты вариации и корреляции, временные ряды, предвестниковые признаки, число Вульфа, солнечная активность.
КЫРГЫЗСТАНДЫН СЕЙСМОГИДРОГЕОЛОГИЯЛЫК «ИНТЕРЬЕРИНИН» МЕЙКИНДИК-УБАКЫТ ДИНАМИКАСЫ
Кыскача мазмуну. Кыргызстандын жана анын чектеш райондорунун аймактарында Вольф саны (W) - ^н активдYYЛYГYHYн индексин тартуу менен 2012-
2016-жж. ичинде еткен Кр > 12.0 жер титирeeлeрYнe чейин, алардын убагында жана кийинки мезгилдер менен байланышкан мейкиндик-убакыт гидроаномалияларынын айрым маалыматтары келтирилген. Кыргызстанда анын темендее мезгилдери 1981-
2017-жж.. еткен Кр > 13.6 жер титирeeлeрY менен дал келе тургандыгы аныкталган. Мисал болуп Ош жана Ысык-Кел областтарында тиешелYYЛYГYнe жараша жайгашышкан «Сопу-Курган» булагында, ошондой эле «Жети-ЭгYЗ» жана «Кажы-Сай» термоминералдык сууларындагы гидроаномалиялардын мейкиндик-убакыт динамикасы кызмат кылган.
Негизги сездер: газ-химиялык курам, кеп жылдык кесилиш, жер титирeeлeрдYн эпиборборлору, статистикалык талдоо жYргYЗYY, вариация жана корреляция коэффициенттери, убакыт катарлары, боло тургандыгынын белгилери, Вульф саны, кYн активдYYЛYГY.
SPACE-TEMPORARY DYNAMICS OF THE SEISMOGIDROGEOLOGICAL INTERIOR OF KYRGYZSTAN
Abstract. Some data of spatio-temporal hydroanomalies associated with the periods before, during and after earthquakes with К > 12.0, which occurred in 2012-2016 on the territory of ^rgyzstan and adjacent regions with the involvement of the Wolf number (W), the index of solar activity, are presented. It found out that in ^rgyzstan the periods of W decline coincide with earthquakes with К > 13.6, which occurred in 1981-2017. An example was the spatial and temporal dynamics of hydroanomalies in the «^opu^m-gam» spring, as
well as in the thermomineral waters «Djety-Oguz» and «Kadji-Say» stations, located in the Osh and Issyk-Kul regions of Kyrgyzstan.
Keywords: gaseous chemical composition, long-term section, earthquake epicenters, statistical analysis, variation and correlation coefficients, temporary raws, precursoring indicators, Wolf number, solar activity.
Состояние вопроса. В нашей республике функционирует гидрогеосейсмологическая сеть, состоящая из 8-ми наблюдательных пунктов, от которых набор информации, в т.ч. и метеорологические сведения (температура воздуха, влажность почвы и скорость ветра) в виде числовых потоков поступают в лабораторию для научного анализа (рис. 1). В результате многолетнего изучения установлена хорошая согласованность временных вариаций гелия, углерода, радона и изотопов некоторых элементов с периодами сейсмической активизации. В то же время их суточный ход находится под непрерывным действием режимообразующих факторов, к которым относятся фазовые различия лунно-солнечных приливов, сезонное функционирование источника питания и техническая регулировка скважин. Результативности гидрогеосейсмологических методов на близкие и удаленные события посвящено много работ. Однако, в откликах подземных вод, сопряжённых с процессами, происходящими в глубоких частях земной коры, идентичность в характере, контрастности и длительности не повторяется от одного землетрясения к другому [1, 2].
Рис. 1. Схема гидрогеосейсмологической сети Института сейсмологии НАН КР по состоянию на 2017 г.: 1- «Эркин-Сай», 2 - «Бишкек», 3 - «Аламедин», 4 - «Кара-Ой», 5 - «Каракол», 6 - «Джеты-Огуз», 7 - «Каджи-Сай», 8 - «Сопу-Коргон».
Методика исследований. С нашей позиции к параметрам гидрогеологического «интерьера» относятся физико-химические показатели подземных вод, характерные для конкретного геолого-геохимического разреза, пределы их изменчивости и устойчивости к возмущающим действиям, например, после смены сезонности и реализации землетрясений, возврат в прежнее состояние. При этом способность изменять свое управляемое и самоуправляемое состояние под воздействием внешних и внутренних сил - эта реакция «интерьера» к динамике гидрогеологического разреза, а
когда к отклонениям привязываются процессы сейсмической активизации, то при их интерпретации учитываются физические перемещения и химические превращения, происходящие в самой среде. Границами «интерьера» служат набор и количество определяемых показателей, объединённые по типам циркуляции - трещинный и пластовый, по минерализации - пресная и рассольная, по динамике движения -грунтовая и напорная, по температуре - холодная и термальная.
В работе [4] при сопоставлении колебания ежегодных максимальных магнитуд землетрясений Земного шара за 1900-2014 гг. по [5] с числами Вольфа по [6] отмечено, что максимумам солнечной активности часто соответствуют снижение силы сильных землетрясений > 8.0).
Ниже приведены некоторые результаты пространственно-временных вариаций, поступающих с гидрогеосейсмологических пунктов в периоды до, во время и после землетрясений с Кр > 12.0, произошедших на территории Кыргызстана и приграничных районов за 2012-2016 гг. Выборка сейсмических событий проводилась из [2] с учётом эпицентрального расстояния (не более 180 км).
Полученные результаты. С учётом вышесказанного, режим перестройки объектов наблюдений проанализирован в свете многоаспектности путей и источников поступления информации, а их набор рассмотрен как суммарный эффект факторов, образующий сложно построенный вещественный «интерьер» в слоях земной коры разного возраста и происхождения.
Пространственно-временная динамика изменений рассмаривается по данным режима пунктов наблюдений «Сопу-Курган», «Каджи-Сай» и «Джеты-Огуз», расположенных в Ошской и Иссык-Кульской областях соответственно. В первом случае участвуют температура и расход воды, режим которой находится под активным влиянием атмосферных процессов, а во втором - две скважины с уникальными ТМВ из группы «Терскейской гидротермальной линии», приуроченной к зоне Предтерскейского разлома [2]. Вода в роднике «Сопу-Курган» в многолетнем разрезе характеризуется температурой, колеблющейся от 14.6 до 150С при расходе - от 0.41 до 0.43 л/сек, которая в среднемесячном разрезе характеризуется ступенчатым характером с длительностью от 15-20 до 30 дней, причём максимум, связанный с тёплым периодом, сменяется понижением к концу года, изменяясь от 0.1 до 0.30 (рис.1).
В целом по среднегодовым кривым за 2012-2017 гг. можно сказать о наличии решающей роли сезонной цикличности, на фоне которой проявляются случайные всплески различной контрастности, которые, совпадая с периодами до, вовремя и после землетрясений с Кр > 12.0, неоднозначны без учёта среднегодовых чисел Вольфа (рис. 1).
В наблюдаемом роднике «Сопу-Курган» с 2012 г. по май 2017 г. зафиксированы аномалии, находящиеся в прямой зависимости от эпицентрального расстояния (Д, км) и интенсивности сотрясения, эпицентр которого расположен в районе родника. При землетрясении 2.03.2012 г. с Кр=12.2 и R =74 км, произошедшего на территории Китая, интенсивность сотрясения была 3 балла, а 17.11.2015 г. при Талдыкском землетрясении с Кр=14.1 и R =44 км, произошедшего на территории Кыргызстана, интенсивность составила 5.1 баллов (рис. 2). Так, перед Талдыкским (17.11.2015 г.) и Кызыл-Артским (26.06.2016 г.) толчками (рис. 3), а также до землетрясений, произошедших в мае месяце 2017 года, произошло нарушение закономерных максимумов летне-осенней цикличности, а именно, сменой на случайные минимумы с бухто- и корытообразными формами, связанные с периодами сейсмической активизации в этом регионе. Об этом свидетельствуют также коэффициенты корреляции между температурой и расходом воды в этом роднике, рассчитанные с 01.01.2015 г. по 30.06.2017 г. Например, коэффициент корреляции между ними в 2015г., имевший отрицательное значение (-0.3), в 2016 г. переходит на обстановку положительной связи (0.2), достигая 0.4 в
2017 г. При этом, по среднемесячным данным каждого из них установлены высокие корреляционные связи с солнечной активностью, снижающиеся от 0.64 (2015 г.) через -0.12 (2016 г.) до -1 (2017 г.).
Рис. 1. Сопоставление временных изменений гидродинамических параметров в роднике «Сопу-Курган», среднегодовых чисел Вольфа (красной точкой отмечен год максимума 24-го цикла солнечной активности) и землетрясений за 2012 г. по май 2017 г.
Рис. 2. Теоретические изосейсты Талдыкского землетрясения 17.11.2015 г., с Кр=14.1, 1о=7.0 баллов по [7] на фрагменте карты Южно-Ферганской подзоны по [8]. Условные обозначения: отложения (1-4): 1- палеозой, 2 - мезозой и палеоген, 3 - олигоцен-неоген, 4 - плиоцен-плейстоцен. 5 - краевые разломы: I - Северо-Кувинский, II - Южно-Кивинский, III -Мадинско-Талдысуйский, IV - Кенешский, Vя - Катарский, Vб - Алдыярский, VIя - Южно-Наукатский^1б - Джусалинский, VII - Гульчинский, VIII - Кичик-Алайский, IX - Варухский, X- Предтуркестанский, XI - Ойтальский, XII - Тарский , XIII - Таласо-Ферганский; 6 - взбросы; 7 - поддвиги; 8-9 разрывы; 10 - эпицентр Талдыкского землетрясения 17.11.2015 г.; 11 - интенсивность сотрясения (Н) в населенных пунктах от 7 до 5 баллов по [7]; 12 - изосейсты по [7] от 7 до 5 баллов; 13 - родник «Сопу-Курган».
На севере Кыргызстана наиболее ощутимыми событиями с 2012 по май 2017 гг. были 8-балльное Сарыжазское (Кокпакское) землетрясение с Кр=14.7, произошедшее 28.01.2013 г. на территории Казахстана и 7-балльное Каджисайское с Кр=13.9, произошедшее 14.11.2014 г. на территории Кыргызстана (см. рис. 1).
8-балльное Сарыжазское (Кокпакское) землетрясение сопровождалось вариациями, выраженными противофазными аномалиями на ГГХ станции «Джеты-Огуз», находящейся в 124 км от эпицентра, за два месяца до события, т.е. в дегазациях СОэ"2 и СО2: в водах скв. 6 (Н=163 м, водовмещающие породы - известняк, С2) и 20 (Н=520 м, водовмещающие породы- метаморфические сланцы, PR2).
Рис. 3. Теоретические изосейсты с интенсивностью от 7.5 до 5 баллов Кызыл-Артского землетрясения 26.06.2016 г. по [9] на фрагменте карты новейших структурных форм Памира-Алая по [8]. Условные обозначения: 1-5 - отложения: 1 - четвертичные, 2 - новейшая моласса Р—5- N и N 3- меловые и палеогеновые, 4- триас-юрские и лейасовые, 5- нерасчлененый палеозой. 6 - новейшие краевые разломы: I - Южно-Наукатский, II - Алдаярский, III - Заалайский, IV - Дарваз-Каракульский (знаком «+» обозначено взброшенное крыло); 7 - прочие крутопадающие разрывы; 8 - надвиги; 9 - оси антиклинальных складок основания III порядка; 10 - оси поперечных поднятий; 11 - эпигерцинский пенеплен. Т-АА-Туркестано-Алайский антиклинорий. АС - Алайский сиклинорий. ДА - Дарвазский антиклинорий.
За месяц до этого события, в 108 км от эпицентра, в скв. 1756 «Каракол» глубиной 1500 м, пробуренной в миоцен-плиоценовых отложениях, резко упала температура воды более чем на 2.5° С [10], тогда как на ГГХ станции «Каджи-Сай» в воде скв. 1111 (Н=1500 м), удалённой на 214 км отмечались значительные изменения Mg+2 за 1.5 месяца до землетрясения (рис. 4).
Рис. 4. Временные гидрогеосейсмические вариации в воде скважин ГГХ и ГГД станций: «Каракол», «Джеты-Огуз» и «Каджи-Сай» за 2012- 2013 гг.
Эпицентральная область 7-балльного Каджисайского землетрясения с Кр=13.9, произошедшего в 2014 г., находится в западной части Джумгало-Терскейской сейсмогенерирующей зоны [11], т.е. на юго-западном склоне горы Тегерек, в 5 км от ГГХ станции «Каджи-Сай» и в 90 км от ГГХ станции «Джеты-Огуз» (рис. 5-6).
Рис.5. Теоретические изосейсты Каджисайского землетрясения, произошедшего 14.11.2014 г. с Кр=13.9; ¡о = 7 баллов.
Рис. 6. Временные гидрогеосейсмические вариации в скважинах ГГХ станций «Джеты-Огуз» и «Каджи-Сай» за 2012- 2015 гг.
Для значений рН воды в скважине «Каджи-Сай» характерны мелкие разбросы, не выходящие из фона и понижающиеся в август-сентябре 2015 г. от 8.7 до 8.6 (рис. 6). Так, рН по данным ТМВ, находящихся в слабощелочных условиях (7,8), 14-16 декабря резко спускаются до нормальной среды (7.4-7.5), после чего уменьшаются до 7.2-7.1, а температура - от 55 до 53.50С, тогда как содержание СО2, сначала ступенчато, затем слабыми миганиями увеличивается от 4.8-5.0 до 7.2-8.1, сохраняя это положение до конца года. На этом фоне содержание НСОэ" и Са2+ стабильное при амплитудах колебаний, не превышающих 1%, с видом противофазных скачков, но в первом полугодии СО2 повышается более четко, чем НСОэ", но со второй половины июня меняется на мигания.
Для прогноза землетрясений о корректности привлечения чисел Вольфа одного из главных индексов солнечной активности свидетельствуют рис. 7 А и Б.
А.
2 3 4 5 6 17
! Ш |1
15
|1!
20
% 11 'П.-
1, Кашгар-1, Китай 1902г. Мм=7.7
2, Кемин, Казахстан 1911г. Мш=7.8
3, Ганьсу, Китай 1920г. М=7,8
4, Кеанто, Япония 1923г. М=7.9
8. Чаткэл, Кыргызстан 1946г. Л/3^=7.6
9. Хаит, Узбекистан 1949г. Ми<=7.б
10. Чилийское 1960г. Мщ=9.6
11. Аляскинское 1964г. МЛ|=9.2
5. Синина, Цинхай, Китай 1927г. М=7.9 12. Перу 1970г. М=7.9
Ганьсу, Китай 1932г. М=7.6 Санрику, Япония 1933г. Ми=8,4
13. Иран 1990г. М=7.7
14, Шикотан, Япония 1994г. Ми=8.3
15. о,Суматра 2004г. Мл=9.0
16. Пакистан 2005г. М=7,б
17. Восточный Сычуань, Китай 2003г. М=7.9
13. Мауле е Чили 2010г. Ми=3.3
19. Тохоку в Японии 2011г. М№.=9.1
20, о,Суматра 2012г. Ми=8,6
^ 1
Л КЗ
х т
о гн
Е н
о 11
I3
г о
и в*
а» --1
° д
ЗС О. Ж ^ У к Ю СП 2 ^ гН
о о --с т
Циклы солнечной активности:
- ы,
° ЭС т ■ I I
% тт
^ -г
у 2
»а я § «
¡¡к
Г-1 П .
<
II
, I о. " I к
с; о го о
СГ|СЛСГ|СТ1ШШСГ|СГ1СГ|С1СТ|СТ|СГ>СЛСГ|СТ1СГ|СТ1СЛООООООООООООООООО
Рис. 7А. Максимальные ежегодные магнитуды Mw землетрясений Земного шара за 1900-2014 гг. по [5] и числа Вольфа солнечной активности за 1880-2016 гг. по [6]. Б. Среднегодовые числа Вольфа по [6] и землетрясения с Кр>13.6 на территории Кыргызстана с 1981 г. по 3.05.2017 г. по [2]. На
графике красными точками отмечены годы минимумов и максимумов солнечной активности по циклам.
Как видно из рис. 7А, снижение W отмечены в периоды землетрясений,
произошедших в Чили (1960) с Mw =9.6, Аляске (1964) с Mw=9.2, о. Суматра (2004) с
Mw=9.0, Мауле в Чили (2010) с Mw=8.8, Тохоку в Японии (2011) с Mw=9.1, о. Суматра
(2012) с Mw= 8.6.
Литература
1. Деформационные волны Земли: концепция, наблюдения и модели // Геология и геофизика. - 2005. - Т.46. - № 11.
2. Кендирбаева Дж.Ж., Гребенникова В.В. Основные результаты гидрогеологических исследований для прогноза сильных землетрясений на территории Северного Тянь-Шаня. «Вестник Института сейсмологии НАН КР». 2013, №2. (http://www.journal.seismo.kg)
3. Каталог землетрясений Института сейсмологии Национальной Академии Наук Кыргызской Республики. Фонды ИС НАН КР, 2017 г.
4. Мамыров Э., Маханькова В.А. Сравнение периодов проявления сильных землетрясений Тянь-Шаня с цикличностью лунно-солнечной активности // «Вестник Института сейсмологии НАН КР», 2015, №2 (6) - С.78-85. (http://www.journal.seismo.kg)
5. Global CMT Catalog Search
6. Nogovitsyn Y. Extended time series of Solar Activity Indices (1090-2020) http://www.gao.spb.ru/database/esai/, 2014
7. Гребенникова В.В., Фортуна А.Б. Талдыкское землетрясение 17 ноября 2015 года / Мониторинг, прогнозирование опасных процессов и явлений на территории Кыргызской Республики (изд. 13-е с изм. и доп.), ISBN 978-9967-23-948-4, Б.: МЧС КР, 2016. - С. 664-671.
8. Чедия О.К. Морфоструктуры и новейший тектогенез Тянь-Шаня.- Фрунзе: Илим, 1986, 314 с.
9. Гребенникова В.В., Фортуна А.Б. Талдыкское землетрясение 17 ноября 2015 года / Мониторинг, прогнозирование опасных процессов и явлений на территории Кыргызской Республики (изд. 13-е с изм. и доп.), ISBN 978-9967-23-948-4, Б.: МЧС КР, 2016. - С. 664-671.
10. Кендирбаева Дж.Ж., Гребенникова В.В. Результаты гидродинамического мониторинга в Кыргызстане // «Вестник Института сейсмологии НАН КР». - 2015, №1. - C. 46-54. (http://www.journal.seismo.kg).
11. Кендирбаева Дж.Ж. О взаимосвязи термоминеральных вод и флюидальных растворов Кыргызского Тянь-Шаня //ДАН КР. -2017. -№ 1. -С.39-45.
12. Гребенникова В.В., Фортуна А.Б. Каджисайское землетрясение 14 ноября 2014 года / Мониторинг, прогнозирование опасных процессов и явлений на территории Кыргызской Республики (издание двенадцатое с изменениями и дополнениями). Правительство Кыргызской Республики, Министерство Чрезвычайных Ситуаций Кыргызской Республики, 2015. - С. 626-637.
13. Кендирбаева Дж.Ж., Гребенникова В.В. О взаимосвязи геохимических условий и гидрогеотермической обстановки Кыргызского Тянь-Шаня / Тр. Межд. конф. «Глубинное строение, геодинамика, тепловое поле, интерпретация геофизических полей», Екатеринбург, 2013.
Рецензент: д-р физ.-мат. наукМуралиев А.М.
