gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2020-11-3-0497gtcrust-1092Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSГелий в подземных водах Республики АлтайHelium in groundwaters of the Altai RepublicДутоваЕ. М.DutovaE. M.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30; 634050, Томск, пр-т Ленина, 36.

30 Lenin Ave, Tomsk 634050; 36 Lenin Ave, Tomsk 634050.

КацВ. Е.KatsV. E.

649100, Майма, ул. Заводская, 52, Респ. Алтай.

52 Zavodskaya St, Maima 649100, Republic of Altai.

ШитовА. В.ShitovA. V.

649000, Горно-Алтайск, ул. Ленкина, 1, Респ. Алтай.

Alexander V. Shitov.

1 Lenkin St, Gorno-Altaisk 649000, Republic of Altai.

sav103@yandex.ruСурнинА. И.SurninA. I.

630091, Новосибирск, Красный пр-т, 67.

67 Krasny Ave, Novosibirsk 630091.

МолоковВ. А.MolokovV. A.

634050, Томск, пр-т Ленина, 30.

30 Lenin Ave, Tomsk 634050.

Томский политехнический университет; Томский государственный университетРоссияTomsk Polytechnic University; Tomsk State UniversityRussian FederationОАО «Геологическое предприятие «Алтай-Гео»РоссияOJSC Geological Enterprise Altai-GeoRussian FederationГорно-Алтайский государственный университетРоссияGorno-Altaisk State UniversityRussian FederationСибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырьяРоссияSiberian Research Institute of Geology, Geophysics and Mineral ResourcesRussian FederationТомский политехнический университетРоссияTomsk Polytechnic UniversityRussian Federation202023092020113651663Copyright © Дутова Е.М., Кац В.Е., Шитов А.В., Сурнин А.И., Молоков В.А., 20202020Дутова Е.М., Кац В.Е., Шитов А.В., Сурнин А.И., Молоков В.А.Dutova E.M., Kats V.E., Shitov A.V., Surnin A.I., Molokov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.gt-crust.ru/jour/article/view/1092

Актуальность исследований определяется необходимостью обоснования предвестников землетрясений в сейсмоактивных районах Республики Алтай. Широко известно, что химический состав подземных вод является индикатором сейсмических процессов, отмечены его изменения в зонах очагов предстоящих землетрясений. Изучение содержаний гелия в подземных водах в этой связи имеет особое значение, так как аномальные величины этого газа являются показателем вод в зонах разрывных нарушений, а его временные вариации могут быть использованы в качестве предвестника землетрясений.

Цель работы – изучить распределение гелия в подземных водах Республики Алтай в связи с поисками и обоснованием постоянно действующих пунктов наблюдений, являющихся базой для поиска предвестников сильных сейсмических событий.

В основу работы положены результаты опробования подземных вод на территории Республики Алтай. Пунктами опробования являлись скважины и родники действующей в республике государственной наблюдательной сети. При полевых исследованиях опробованы разнообразные водоносные комплексы и водоносные зоны от четвертичного до протерозойского возраста.

По материалам проведенных исследований установлены пространственные изменения содержания гелия в подземных водах на территории Республики Алтай; предполагается приуроченность повышенных значений концентраций гелия к разломным зонам. Выявлено высокое содержание гелия в подземных водах Чуйского артезианского бассейна, вблизи эпицентральной зоны Алтайского (Чуйского) землетрясения (27.09.2003 г., магнитуда 7.5).

This study of groundwaters of the Altai Republic is relevant due to the need to identify earthquake precursors in seismically active zones of the study area. Chemical composition of groundwater is widely known as an indicator of seismic processes, which changes in future earthquake focal zones. In this regard, studying helium contents in groundwater is of particular importance – anomalous concentrations of helium are typical of fault zones, and helium concentration variations in time can be referred to as earthquake precursors.

Our study was focused on the distribution of helium in groundwaters of the Altai Republic and aimed to determine and justify positioning of permanent monitoring sites for investigation of earthquake precursors.

During the field study, groundwater samples were taken from wells and springs located within the area covered by the established state monitoring network (GONS). Groundwater aquifers and water-bearing zones from Quaternary to Proterozoic ages were sampled.

Analysis of the groundwater samples shows spatial variations of helium concentration in the study area. Water samples from fault zones have increased concentrations of helium. The concentration of helium is high in the groundwater from the Chuya artesian basin, i.e. near the epicentral zone of the M 7.5 Altai (Chuya) earthquake of September 27, 2003.

подземные водымониторинг подземных водродникскважинагидрогеохимические характеристикигелийзона разрывных нарушенийземлетрясениеgroundwatermonitoringspringwater wellhydrogeochemical characteristicsheliumfault zoneearthquakeReferencesБадминов П.С., Иванов А.В., Писарский Б.И., Оргильянов А.И. Окинская гидротермальная система (Восточный Саян) // Вулканология и сейсмология. 2013. № 4. С. 27. https://doi.org/10.7868/S0203030613040020.Badminov P.S., Ivanov А.V., Pisarskij B.I., Orgil’yanov А.I., 2013. The Oka Hydrothermal System, East Sayan Mountains. Volcanology and Seismology 4, p. 27. (in Russian) https://doi.org/10.7868/S0203030613040020.Бадминов П.С., Семенов Р.М., Лопатин М.Н., Оргильянов А.И., Крюкова И.Г. Гидрогеохимические исследования в Прибайкалье в связи с поисками предвестников землетрясений // Геология и минерально-сырьевые ресурсы северо-востока России: Материалы VII Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 60-летию Института геологии алмаза и благородных металлов Сибирского отделения РАН. 2017. С. 286–290.Badminov P.S., Semenov R.M., Lopatin M.N., Orgilyanov A.I., Kryukova I.G., 2017. Hydrogeochemical Studies in Pribaikalie in Connection with the Search for Earthquake Precursors. In: Geology and Mineral Resources of the North-Eastern Regions of Russia. Materials of the VII All-Russia Scientific and Practical Conference Dedicated to the 60th Anniversary of the Institute of Diamond and Precious Metal Geology SB RAS. P. 286–290 (in Russian)Biagi P.F., Castellana L., Minafra A., Maggipinto G., Maggipinto T., Ermini A., Molchanov O., Khatkevich Y.M., Gordeev E.I., 2006. Groundwater Chemical Anomalies Connected with the Kamchatka Earthquake (M=7.1) on March 1992. Natural Hazards Earth System Science 6, 853–859.Biagi P.F., Castellana L., Minafra A., Maggipinto G., Maggipinto T., Ermini A., Molchanov O., Khatkevich Y.M., Gordeev E.I., 2006. Groundwater Chemical Anomalies Connected with the Kamchatka Earthquake (M=7.1) on March 1992. Natural Hazards Earth System Science 6, 853–859.Богачкин Б.М. История тектонического развития Горного Алтая в кайнозое. М.: Наука, 1981. 131 с.Bogachkin B.M., 1981. Tectonic Development History of Gorny Altai in the Cenozoic. Nauka, Moscow, 131 p. (in Russian)Chen C.-H., Wang S., Wen S., Yeh T.-K., Lin C.-H., Liu J.-Y., Yen H.-Y., Lin T.-W., 2013. Anomalous Frequency Characteristics of Groundwater Level before Major Earthquakes in Taiwan. Hydrology and Earth System Sciences 17 (5), 1693–1703. https://doi.org/10.5194/hess-17-1693-2013.Chen C.-H., Wang S., Wen S., Yeh T.-K., Lin C.-H., Liu J.-Y., Yen H.-Y., Lin T.-W., 2013. Anomalous Frequency Characteristics of Groundwater Level before Major Earthquakes in Taiwan. Hydrology and Earth System Sciences 17 (5), 1693–1703. https://doi.org/10.5194/hess-17-1693-2013.Дутова Е.М. Особенности формирования гидрогеохимического фона рассеянных элементов в условиях гумидного климата // Материалы региональной конференции. Томск, 2000. Т. 1. С. 369–372.Dutova E.M., 2000. Features of the Formation of the Hydrogeochemical Background of Scattered Elements in Humid Climate. In: Materials of the Regional Conference. V. 1. Tomsk, p. 369–372 (in Russian)Дутова Е.М. Высотная гидрогеохимическая зональность Алтае-Саянской складчатой области // Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири: Труды Всероссийской конференции. Томск, 2003. С. 65–69.Dutova E.M., 2003. High-Altitude Hydrogeochemical Zoning of the Altai-Sayan Folded Region. In: Proceedings of the All-Russia Conference. Problems of Exploration and Environmental Geochemistry of Siberia. Tomsk, p. 65–69 (in Russian)Дутова Е.М. Гидрогеохимия зоны гипергенеза Алтае-Саянской складчатой области: Автореф. дис … докт. геол.-мин. наук. Томск, 2005. 46 с.Dutova E.M., 2005. Hydrogeochemistry of the Hypergenesis Zone of the Altai-Sayan Folded Region. Brief PhD Thesis (Doctor of Geology and Mineralogy). Tomsk, 46 p. (in Russian)Dutova E.M., Bukaty M.B., Nevol’ko A.I., Pokrovsky D.S., Shvartsev S.L., 2006. Hydrogenic Concentration of Gold in Alluvial Placers of the Egor’evsk Area (Salair). Geology and Geophysics 47 (3), 364–376.Dutova E.M., Bukaty M.B., Nevol’ko A.I., Pokrovsky D.S., Shvartsev S.L., 2006. Hydrogenic Concentration of Gold in Alluvial Placers of the Egor’evsk Area (Salair). Geology and Geophysics 47 (3), 364–376.Dutova E.M., Nikitenkov A.N., Pokrovskiy V.D., Banks D., Frengstad B.S., Parnachev V.P., 2017. Modelling of the Dissolution and Reprecipitation of Uranium under Oxidising Conditions in the Zone of Shallow Groundwater Circulation. Journal of Environmental Radioactivity 178–179, 63–76. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.07.016.Dutova E.M., Nikitenkov A.N., Pokrovskiy V.D., Banks D., Frengstad B.S., Parnachev V.P., 2017. Modelling of the Dissolution and Reprecipitation of Uranium under Oxidising Conditions in the Zone of Shallow Groundwater Circulation. Journal of Environmental Radioactivity 178–179, 63–76. https://doi.org/10.1016/j.jenvrad.2017.07.016.Дутова Е.М., Покровский Д.С., Парначев В.П., Покровский В.Д. Геохимические особенности подземных вод хозяйственно-питьевого назначения Республики Хакасия // Вестник Томского государственного университета. 2015. № 394. С. 239–249.Dutova E.M., Pokrovskij D.S., Parnačev V.P., Pokrovskij V.D., 2015. Geochemical Features of Underground Water for Drinking Purposes in the Republic of Khakassia. Bulletin of Tomsk State University 394, 239–249 (in Russian)Методические рекомендации по режимным наблюдениям за содержанием гелия во флюидах при геодинамических исследованиях и выявлении предвестников землетрясений / Ред. А.Н. Еремеев. М.: ВИМС, 1991. 50 с.Eremeev A.N. (Ed.), 1991. Methodical Recommendations for Routine Monitoring of the Helium Content in Fluids during Geodynamic Studies and Identification of Earthquake Precursors. VIMS, Moscow, 50 p. (in Russian)Fidani C., Balderer W., Leuenberger F., 2017. The Possible Influences of the 2012 Modena Earthquakes on the Fluorescence Spectra of Bottled Mineral Water. Hydrology Current Research 8 (3), 288. https://doi.org/10.4172/2157-7587.1000288.Fidani C., Balderer W., Leuenberger F., 2017. The Possible Influences of the 2012 Modena Earthquakes on the Fluorescence Spectra of Bottled Mineral Water. Hydrology Current Research 8 (3), 288. https://doi.org/10.4172/2157-7587.1000288.Гольдин С.В., Селезнев В.С., Еманов А.Ф., Филина А.Г., Еманов А.А. и др. Чуйское землетрясение и его афтершоки // Доклады АН. 2004. Т. 395. № 4. С. 1–4.Gol’din S.V., Seleznev V.S., Emanov A.F., Filina A.G., Emanov A.A. et al., 2004. Chuya earthquake and its aftershocks. Reports of the Academy of Sciences 395 (4), 1–4 (in Russian)Кац В.Е., Драчев С.С., Обухов И.П., Пушкарева А.М. Радон в подземных водах Республики Алтай в период сейсмической активизации Алтае-Саянского региона // Региональные проблемы качества воды и здоровья населения. Липецк, 2009. C. 45–49.Kats V.E., Drachev S.S., Obukhov I.P., Pushkareva A.M., 2009. Radon in Groundwaters of the Altai Republic during the Period of Active Seismicity in the Altai-Sayan Region. In: Regional Problems of Water Quality and Health of the Population. Lipetsk, p. 45–49 (in Russian)Кац B.Е., Шитов А.В., Драчев С.С. О механизмах изменения химического состава и температуры подземных вод в районе Горно-Алтайска // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2010. № 3. С. 207–212.Kats V.E., Shitov А.V., Drachev S.S., 2010. On the Mechanisms of Changing the Chemical Composition and Temperature of Groundwater in the Gorno-Altaisk Region. Geoecology. Engineering Geology, Hydrogeology, Geocryology 3, 207–212 (in Russian)Киссин И.Г. Землетрясение и подземные воды. М.: Наука, 1982. 176 с.Kissin I.G., 1982. The Earthquake and the Underground Water. Nauka, Moscow, 176 р. (in Russian)Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизический и тектонический аспекты. М.: Наука, 2009. 329 с.Kissin I.G., 2009. Fluids in the Earth’s Crust: Geophysical and Tectonical Aspects. Nauka, Moscow, 329 p. (in Russian)Копылова Г.Н., Воропаев П.В. Отклик режимного источника на землетрясение как индикатор состояния его подземной водоносной системы // Вулканология и сейсмология. 2005. № 2. С. 32–44.Kopylova G.N., Voropaev P.V., 2005. Response of a Regime Source to an Earthquake as an Indicator of the State of Its Underground Aquifer System. Volcanology and Seismology 2, 32–44. (in Russian)Lopatin M.N., Semenov R.M., 2018. Variations of Dissolved Helium and Radon Caused by Earthquakes in Groundwater of the Southern Cis-Baikal Region. Doklady Earth Sciences 481 (2). С. 1037–1039. https://doi.org/10.1134/S1028334X18080160.Lopatin M.N., Semenov R.M., 2018. Variations of Dissolved Helium and Radon Caused by Earthquakes in Groundwater of the Southern Cis-Baikal Region. Doklady Earth Sciences 481 (2). С. 1037–1039. https://doi.org/10.1134/S1028334X18080160.Рычкова К.М., Кальная О.И., Аюнова О.Д. Исследования газогеохимических индикаторов сейсмической активности (Центральная Тува, оз. Дус-холь) // Успехи современного естествознания. 2017. № 12. С. 241–245.Rychkova K.M., Kal’naya O.I., Ayunova O.D., 2017. Studies of Gas-Geochemical Indicators of Seismic Activity (Central Tuva, Lake Dus-Khol). Achievements of Modern Natural Sciences 12, 241–245 (in Russian)Sano Y., Takahata N., Kagoshima T., Shibata T., Onoue T., Zhao D., 2016. Groundwater Helium Anomaly Reflects Strain Change during the 2016 Kumamoto Earthquake in Southwest Japan. Scientific Reports 6, 37939. https://doi.org/10.1038/srep37939.Sano Y., Takahata N., Kagoshima T., Shibata T., Onoue T., Zhao D., 2016. Groundwater Helium Anomaly Reflects Strain Change during the 2016 Kumamoto Earthquake in Southwest Japan. Scientific Reports 6, 37939. https://doi.org/10.1038/srep37939.Семенов Р.М., Имаев В.С., Смекалин О.П., Чипизубов А.В., Оргильянов А.И. Гелий в глубинной воде Байкала – предвестник землетрясений // Доклады АН. 2010. Т. 432. № 4. С. 533–536.Semenov R.M., Imaev V.S., Smekalin O.P., Chipizubov А.V., Orgil’yanov А.I., 2010. Helium in the Deep Water of Lake Baikal – a Harbinger of Earthquakes. Reports of the Academy of Sciences 432 (4), 533–536 (in Russian)Семенов Р.М., Бадминов П.С., Лопатин М.Н., Оргильянов А.И., Крюкова И.Г. Гидрогеохимические исследования в Южном Прибайкалье в связи с поисками предвестников землетрясений // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 2 (97). С. 94–98.Semenov R.M., Badminov P.S., Lopatin M.N., Orgil’yanov А.I., Kryukova I.G., 2015. Hydrogeochemical Studies in the Southern Baikal Region in Connection with the Search for Earthquake Precursors. Bulletin of the Irkutsk State Technical University 2 (97), 94–98 (in Russian)Semenov R.M., Kashkovskii V.V., Lopatin M.N., 2017. Hydrogeochemical Earthquake Precursor in the Southern Baikal Region. Russian Geology and Geophysics 58 (12), 1553–1560. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2017.11.015.Semenov R.M., Kashkovskii V.V., Lopatin M.N., 2017. Hydrogeochemical Earthquake Precursor in the Southern Baikal Region. Russian Geology and Geophysics 58 (12), 1553–1560. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2017.11.015.Семенов Р.М., Кашковский В.В., Лопатин М.Н. Модель подготовки и реализации тектонического землетрясения и его предвестников в условиях растяжения земной коры // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 1. С. 165–175. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0343.Semenov R.M., Kashkovsky V.V., Lopatin M.N., 2018. Model of Tectonic Earthquake Preparation and Occurrence and Its Precursors in Conditions of Crustal Stretching. Geodynamics & Tectonophysics 9 (1), 165–175 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-1-0343.Семинский К.Ж., Семинский А.К. Радон в подземных водах Прибайкалья и Забайкалья: пространственно-временные вариации // Геодинамика и тектонофизика. 2016. Т. 7. № 3. С. 477–493. https://doi.org/10.5800/GT-2016-7-3-0218.Seminsky K.Z., Seminsky A.K., 2016. Radon in Groundwaters in the Baikal Region and Transbaikalia: Variations in Space and Time. Geodynamics & Tectonophysics 7 (3), 477–493 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2016-7-3-0218.Seminsky K.Z., Tugarina M.A., 2011. Underground Hydrosphere in the Western Shoulder of the Baikal Rift: Results of Hydrogeological Research in the Bayandai Settlement – Krestovskii Cape Profile // Doklady Earth Sciences 439 (2), 1079-1083. https://doi.org/10.1134/S1028334X11080289.Seminsky K.Z., Tugarina M.A., 2011. Underground Hydrosphere in the Western Shoulder of the Baikal Rift: Results of Hydrogeological Research in the Bayandai Settlement – Krestovskii Cape Profile // Doklady Earth Sciences 439 (2), 1079-1083. https://doi.org/10.1134/S1028334X11080289.Шитов А.В., Кац В.Е., Дутова Е.М., Молоков В.А., Покровский В.Д. Изменение химического состава подземных вод Республики Алтай при землетрясениях // Известия Томского политехнического университета. 2016. Т. 327. № 1. С. 19–29.Shitov A.V., Kats V.E., Dutova E.M., Molokov V.Y., Pokrovskiy V.D., 2016. Changes of Chemical Groundwater Composition in the Republic of Altai due to the Earthquakes. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University, Geo Assets Engineering 327 (1), 19–29 (in Russian)Шитов А.В., Кац В.Е., Харькина М.А. Эколого-геодинамическая оценка Чуйского землетрясения // Вестник Московского университета. Сер. 4. Геология. 2008. № 3. С. 41−47.Shitov А.V., Kats V.E., Kharkina M.А., 2008. Ecogeodynamical assessment of the Chuya earthquake. Bulletin of Moscow University. Series 4. Geology 3, 41−47 (in Russian)Шваpцев C.Л. Гидрогеохимия зоны гипеpгенеза. М.: Недpа, 1998. 431 c.Shvartsev S.L., 1998. Hydrogeochemistry of Hypergenesis Zone. Nedra, Moscow, 431 p. (in Russian)Shvartsev S.L., Dutova E.M., 2001. Hydrochemistry and Mobilization of Gold in the Hypergenesis Zone (Kuznetsk Alatau, Russia). Geology of Ore Deposits 43 (3), 224–233.Shvartsev S.L., Dutova E.M., 2001. Hydrochemistry and Mobilization of Gold in the Hypergenesis Zone (Kuznetsk Alatau, Russia). Geology of Ore Deposits 43 (3), 224–233.Туркин Ю.А., Федак С.И. Геология и структурно-вещественные комплексы Горного Алтая. Томск: STT, 2008. 459 с.Turkin Yu.А., Fedak S.I., 2008. Geology and Structural-Material Complexes of the Altai Mountains. STT, Tomsk, 460 р. (in Russian)Уткин В.И., Юрков А.К. Радон и проблема тектонических землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1997. № 4. С. 84–92.Utkin V.I., Yurkov А.K., 1997. Radon and the Problem of Tectonic Earthquakes. Volcanology and Seismology 4, 84–92 (in Russian)Вартанян Г.С. Способ прогнозирования землетрясений. Российский патент № 791021. 1979.Vartanyan G.S., 1979. Earthquake Prediction Method. Russian Patent № 791021 (in Russian)Вартанян Г.С. Глобальная эндодренажная система: некоторые флюидофизические механизмы геодинамических процессов // Геодинамика и тектонофизика. 2014. Т. 10. № 1. С. 53–78. https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0404.Vartanyan G.S., 2019. The Global Endodrainage System: Some Fluid-Physical Mechanisms of Geodynamic Processes. Geodynamics & Tectonophysics 10 (1), 53–78 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2019-10-1-0404.Wang C-Y., Manga M., 2010. Earthquakes and Water. Springer-Verlag, Berlin and Heidelberg 114, 225 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00810-8.Wang C-Y., Manga M., 2010. Earthquakes and Water. Springer-Verlag, Berlin and Heidelberg 114, 225 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00810-8.Yanitskij I.N., 1979. Helium Shooting. Nedra, Moscow, 96 p. (in Russian) [Яницкий И.Н. Гелиевая съемка. М.: Недра, 1979. 96 с.].Yanitskij I.N., 1979. Helium Shooting. Nedra, Moscow, 96 p. (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.