gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2022-13-2-0594gtcrust-1435Research ArticleСтатьиИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ИЗМЕНЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД: АППАРАТУРА И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ В СКВАЖИНАХ ПОЛУОСТРОВА КАМЧАТКАSTUDY OF SEISMIC EFFECTS ON CHANGES IN GROUNDWATER PRESSURE: EQUIPMENNT AND SOME WELL OBSERVASTION RESULTS FOR THE KAMCHATKA PENINSULAБолдинаС. В.BoldinaS. V.

683006, Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9

 

 

9 Piip Blvd, Petropavlovsk-Kamchatsky 683006

 

КопыловаГ. Н.KopylovaG. N.

683006, Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9

 

9 Piip Blvd, Petropavlovsk-Kamchatsky 683006

 

КобзевВ. А.KobzevV. A.

683006, Петропавловск-Камчатский, б-р Пийпа, 9

 

9 Piip Blvd, Petropavlovsk-Kamchatsky 683006

 

Камчатский филиал ФИЦ ЕГС РАНРоссияKamchatka Branch of the Geophysical Survey, Russian Academy of SciencesRussian Federation202229032022132594594Copyright © Болдина С.В., Копылова Г.Н., Кобзев В.А., 20222022Болдина С.В., Копылова Г.Н., Кобзев В.А.Boldina S.V., Kopylova G.N., Kobzev 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/1435

Актуальность работы определяется необходимостью развития аппаратурной части сейсмической подсистемы уникальной научной установки, функционирующей в Федеральном исследовательском центре «Единая геофизическая служба Российской академии наук» (ФИЦ ЕГС РАН), для исследования сейсмических сигналов в изменениях давления подземных вод. Для этой цели выполнена модернизация системы скважинных наблюдений на территории Петропавловск-Камчатского полигона с использованием аппаратуры Keller, Швейцария (датчики модификаций PAA36 XiW CTD Si, PAA36 XiW, регистратор GSM-2), Campbell Scientific Inc, США (регистраторы CR6 и CR1000), и регистратора гидрогеодинамических данных наблюдений (РГДН) на основе миникомпьютеров типа STK-1, созданного в Камчатском филиале ФИЦ ЕГС РАН. Представлено описание комплектов цифрового скважинного оборудования для прецизионной регистрации вариаций давления подземных вод с частотой 20.00–0.08 Гц, установленных в четырех скважинах. Рассматриваются задачи, решаемые в процессе модернизации системы скважинных наблюдений с целью изучения вибрационных эффектов и гидрогеодинамических предвестников землетрясений. Представлены результаты регистрации высокочастотных вариаций давления подземных вод в скважинах при местных и удаленных землетрясениях 2020–2021 гг., полученных с использованием установленного оборудования. Обсуждаются вопросы новых возможностей в изучении вибрационных эффектов в изменениях давления подземной воды с частотой, сопоставимой с частотой регистрации сейсмических событий сейсмометрическим оборудованием. С использованием нового оборудования для регистрации давления воды в уникальной скважине Е-1 в режиме реального времени был зарегистрирован гидрогеодинамический предвестник перед землетрясением 16 марта 2021 г., Мw=6.6, произошедшим на эпицентральном расстоянии 350 км от скважины.

The relevance of the work is determined by the necessity to develop the hardware part of the seismic subsystem of the Large-Scale Research Facilities functioning at the Federal Research Center of the Geophysical Survey of the Russian Academy of Sciences to study seismic signals in groundwater pressure changes. For this purpose, the well monitoring on the territory of the Petropavlovsk-Kamchatsky test site, Kamchatka Peninsula, was updated using Keller equipment, Switzerland (sensors of PAA36 XiW CTD Si, PAA36 XiW modifications, data logger GSM-2), Campbell Scientific Inc, USA (CR6 and CR1000 data loggers) and a budgetary hydrogeodynamic data recorder (HDDR) based on the STK-1 minicomputers, created at the Kamchatka Branch of the GS RAS. A description has been provided concerning the sets of digital equipment installed in four wells for precise recording of groundwater pressure variations with a frequency of 20.00–0.08 Hz. Consideration is being given to the characteristics of the equipment installed in individual wells and to the problems solved in the process of updating the well observation system in order to study vibration effects and hydrogeodynamic precursors of earthquakes. The paper presents the newly obtained results of recording the high-frequency variations in groundwater pressure in wells during the 2020–2021 local and remote earthquakes. A discussion is provided of new possibilities for studying vibration effects on changes in ground water pressure with a frequency comparable to the frequency of recording seismic events by seismometric equipment. Using a new equipment for recording water pressure in the unique well E-1 made it possible to record, a hydrogeodynamic precursor in real time before the March 16, 2021, Mw=6.6 earthquake which occurred at the epicentral distance of 350 km from the well.

скважинауровень водыдавление подземных водземлетрясениесейсмические волныскважинное оборудованиегидрогеодинамический предвестникwellwater levelgroundwater pressureearthquakeseismic waveswell equipmenthydrogeodynamic precursorsРабота выполнена при поддержке Минобрнауки РФ врамках государственного задания № 075-00576-21 с использованием данных, полученных на уникальной научной установке «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира».The work was performed with the support from the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation as part of the state assignment 075-00576-21 with the use of the data obtained from the Large-Scale Research Facilities "Seismic and infrasonic monitoring of the Arctic cryolite zone and continuous seismic monitoring of the Russian Federation, adjacent areas and the world".ReferencesБарабанов В.Л., Гриневский А.О., Киссин И.Г., Николаев А.В. О некоторых эффектах вибрационного сейсмического воздействия на водонасыщенную среду. Сопоставление их с эффектами удаленных сильных землетрясений // Доклады АН СССР. 1987. Т. 297. № 1. С. 52–56.Barabanov V.L., Grinevsky A.O., Kissin I.G., Nikolaev A.V., 1987. On Some Aspects of the Effect of Seismic Vibrations on Water-Saturated Environment. Their Comparison with the Effects of Distant Large Earthquakes. Doklady of the USSR Academy of Sciences 207 (1), 52–56 (in Russian)Болдина С.В., Копылова Г.Н. Эффекты Жупановского землетрясения 30 января 2016 г., Mw=7.2, в изменениях уровня воды в скважинах ЮЗ-5 и Е-1, Камчатка // Геодинамика и тектонофизика. 2017. Т. 8. № 4. С. 863–880. https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0321.Boldina S.V., Kopylova G.N., 2017. Effects of the January 30, 2016, Mw=7.2 Zhupanovsky Earthquake on the Water Level Variations in Wells YuZ-5 and E-1 in Kamchatka. Geodynamics & Tectonophysics 8 (4), 863–880 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2017-8-4-0321.Brodsky E.E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., Manga M., 2003. A Mechanism for Sustained Groundwater Pressure Changes Induced by Distant Earthquakes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (В8), 2390. https://doi.org/10.1029/2002JB002321.Brodsky E.E., Roeloffs E., Woodcock D., Gall I., Manga M., 2003. A Mechanism for Sustained Groundwater Pressure Changes Induced by Distant Earthquakes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 108 (В8), 2390. https://doi.org/10.1029/2002JB002321.Cooper H.H., Bredehoeft J.D., Papadopulos I.S., Bennet R.R., 1965. The Response of Well-Aquifer System to Seismic Waves. Journal of Geophysical Research 70 (16), 3915−3926. https://doi.org/10.1029/JZ070i016p03915.Cooper H.H., Bredehoeft J.D., Papadopulos I.S., Bennet R.R., 1965. The Response of Well-Aquifer System to Seismic Waves. Journal of Geophysical Research 70 (16), 3915−3926. https://doi.org/10.1029/JZ070i016p03915.Кобзев В.А., Болдина С.В., Коркина Г.М., Долгих В.П. Техническое обеспечение модернизации скважинного оборудования КФ ФИЦ ЕГС РАН в 2017–2020 гг. // Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов: Труды Восьмой всероссийской научно-технической конференции с международным участием (26 сентября – 2 октября 2021 г.). Петропавловск-Камчатский: КФ ФИЦ ЕГС РАН, 2021. С. 396–400. https://doi.org/10.35540/903258-451.2021.8.75.Kobzev V.A., Boldina S.V., Korkina G.M., Dolgikh V.P., 2021. Technical Support for KB GS RAS Well Equipment Updating in 2017–2020. In: The Problems of an Integrated Geophysical Monitoring of Seismically Active Areas. Proceedings of the Eighth All-Russia Scientific and Technical Conference with an International Participation (September 26 – October 2, 2021). Kamchatka Branch of the Geophysical Survey RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, p. 396–400 (in Russian) https://doi.org/10.35540/903258-451.2021.8.75.Кобзев В.А., Коркина Г.М. Опыт использования миникомпьютера типа STK-1 при проведении наблюдений в скважинах // Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов: Труды Восьмой всероссийской научно-технической конференции с международным участием (26 сентября – 2 октября 2021 г.). Петропавловск-Камчатский: КФ ФИЦ ЕГС РАН, 2021. С. 401–404. https://doi.org/10.35540/903258-451.2021.8.76.Kobzev V.A., Korkina G.M., 2021. An Experience in the Use of STK-1 Minicomputer for the Well Observations. In: The Problems of an Integrated Geophysical Monitoring of Seismically Active Areas. Proceedings of the Eighth All-Russia Scientific and Technical Conference with an International Participation (September 26 – October 2, 2021). Kamchatka Branch of the Geophysical Survey RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, p. 401–404 (in Russian) https://doi.org/10.35540/903258-451.2021.8.76.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2007. The Response of Water Level in the YuZ-5 Well, Kamchatka to the Magnitude 9.3, Sumatra–Andaman Earthquake of December 26, 2004. Journal of Volcanology and Seismology 1 (5), 319–327. https://doi.org/10.1134/S0742046307050041.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2007. The Response of Water Level in the YuZ-5 Well, Kamchatka to the Magnitude 9.3, Sumatra–Andaman Earthquake of December 26, 2004. Journal of Volcanology and Seismology 1 (5), 319–327. https://doi.org/10.1134/S0742046307050041.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2012. On the Relationships of Water-Level Variations in the E-1 Well, Kamchatka to the 2008–2009 Resumption of Activity on Koryakskii Volcano and to Large (M≥5) Earthquakes. Journal of Volcanology and Seismology 6 (5), 316–328. https://doi.org/10.1134/S074204631205003X.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2012. On the Relationships of Water-Level Variations in the E-1 Well, Kamchatka to the 2008–2009 Resumption of Activity on Koryakskii Volcano and to Large (M≥5) Earthquakes. Journal of Volcanology and Seismology 6 (5), 316–328. https://doi.org/10.1134/S074204631205003X.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2019a. Hydrogeoseismological Research in Kamchatka: 1977–2017. Journal of Volcanology and Seismology 13 (2), 71–84. https://doi.org/10.1134/S074204631205003X.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2019a. Hydrogeoseismological Research in Kamchatka: 1977–2017. Journal of Volcanology and Seismology 13 (2), 71–84. https://doi.org/10.1134/S074204631205003X.Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеосейсмические вариации уровня воды в скважинах Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2019b. 144 с.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2019b. Hydrogeoseismic Variations in Water Level of the Wells in Kamchatka. Kamchatpress, Petropavlovsk-Kamchatsky, 144 p. (in Russian)Kopylova G.N., Boldina S.V., 2020a. Effects of Seismic Waves in Water Level Changes in a Well: Empirical Data and Models. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 56 (4), 530–549. https://doi.org/10.1134/S1069351320030039.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2020a. Effects of Seismic Waves in Water Level Changes in a Well: Empirical Data and Models. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 56 (4), 530–549. https://doi.org/10.1134/S1069351320030039.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2020b. Hydrogeological Earthquake Precursors: A Case Study from the Kamchatka Peninsula. Frontiers in Earth Science 8, 576017. https://doi.org/10.3389/feart.2020.576017.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2020b. Hydrogeological Earthquake Precursors: A Case Study from the Kamchatka Peninsula. Frontiers in Earth Science 8, 576017. https://doi.org/10.3389/feart.2020.576017.Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеологические предвестники землетрясений и вулканических активизаций по данным наблюдений в скважинах полуострова Камчатка // Науки о Земле и недропользование. 2021. Т. 44. № 2. С. 141–150. https://doi.org/10.21285/2686-9993-2021-44-2-141-150.Kopylova G.N., Boldina S.V., 2021. Hydrogeological Precursors of Earthquakes and Volcanic Activations According to Observation Data in Kamchatka Peninsula Wells. Earth Sciences and Subsoil Use 44 (2), 141–150 (in Russian). https://doi.org/10.21285/2686-9993-2021-44-2-141-150.Kopylova G.N., Boldina S.V., Smirnov A.A., Chubarova E.G., 2017. Experience in Registration of Variations Caused by Strong Earthquakes in the Level and Physicochemical Parameters of Ground Waters in the Piezometric Wells: The Case of Kamchatka. Seismic Instruments 53, 286–295. https://doi.org/10.3103/S0747923917040065.Kopylova G.N., Boldina S.V., Smirnov A.A., Chubarova E.G., 2017. Experience in Registration of Variations Caused by Strong Earthquakes in the Level and Physicochemical Parameters of Ground Waters in the Piezometric Wells: The Case of Kamchatka. Seismic Instruments 53, 286–295. https://doi.org/10.3103/S0747923917040065.Roeloffs E.A., 1998. Persistent Water Level Changes in a Well near Parkfield, California, due to Local and Distant Earthquakes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 103 (B1), 869−889. https://doi.org/10.1029/97JB02335.Roeloffs E.A., 1998. Persistent Water Level Changes in a Well near Parkfield, California, due to Local and Distant Earthquakes. Journal of Geophysical Research: Solid Earth 103 (B1), 869−889. https://doi.org/10.1029/97JB02335.Wang Ch.-Y., Manga M., 2010. Earthquakes and Water. Vol. 114. Springer, Berlin, Heidelberg, 225 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00810-8.Wang Ch.-Y., Manga M., 2010. Earthquakes and Water. Vol. 114. Springer, Berlin, Heidelberg, 225 p. https://doi.org/10.1007/978-3-642-00810-8.Wang Ch.-Y., Manga M., 2021. Water and Earthquakes. Springer, Switzerland, 387 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-64308-9.Wang Ch.-Y., Manga M., 2021. Water and Earthquakes. Springer, Switzerland, 387 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-64308-9.

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