gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2012-3-4-0078gtcrust-169Research ArticleТЕКТОНОФИЗИКАTECTONOPHYSICSФЛЮИДОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЗОНЕ ЦЕНТРАЛЬНОСАХАЛИНСКОГО РАЗЛОМА (ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАБЛЮДЕНИЙ НА ЮЖНО-САХАЛИНСКОМ ГРЯЗЕВОМ ВУЛКАНЕ)FLUID DYNAMICS PROCESSES AT THE CENTRAL SAKHALIN FAULT (BASED ON OBSERVATIONS OF THE YUZHNO-SAKHALINSK MUD VOLCANO)ЕршовВалерий ВалерьевичErshovValery V.

научный сотрудник,

693022, Южно-Сахалинск, ул. Науки, 1Б

Researcher,

1B Nauki street, Yuzhno-Sakhalinsk 693022

ershov@imgg.ruИнститут морской геологии и геофизики ДВО РАНРоссияInstitute of Marine Geology and Geophysics, Far East Branch of RASRussian Federation20120110201534345360Copyright © Ершов В.В., 20152015Ершов В.В.Ershov V.V.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/169

Проанализированы результаты мониторинга дебита, химического и изотопного состава свободных газов, температуры и элементного состава водогрязевой смеси в грифонах на Южно-Сахалинском грязевом вулкане. Данный вулкан приурочен к Центрально-Сахалинскому взбросо-надвигу – одной из самых крупных дизъюнктивных дислокаций о. Сахалин. Наблюдения выполнены в полевые сезоны 2005–2007 гг., которые  характеризовались различной сейсмической активностью южной части о. Сахалин. В результате нами установлены проявления Горнозаводского землетрясения 17 (18) августа 2006 г. и Невельского землетрясения 2 августа 2007 г. в грифонной деятельности Южно-Сахалинского грязевого вулкана. Данные натурных наблюдений, а также математического моделирования свидетельствуют о том, что дополнительный подток глубинных геофлюидов не мог быть основной причиной активизации вулкана после землетрясений. По нашему мнению, весь комплекс наблюдаемых аномалий объясняется взаимодействием «вода–порода–газ» в верхней части подводящего канала грязевого вулкана. Потоки воды и газа в канале вулкана, а также вмещающие алюмосиликатные породы образуют специфическую геохимическую систему, которая является чувствительной к внешним (сейсмическим) воздействиям. Следовательно, для корректной интерпретации эмпирических данных следует более полно учитывать физико-химические процессы, которые протекают внутри флюидодинамических систем.

The Yuzhno-Sakhalinsk mud volcano is located in the southern part of the Sakhalin Island within the area of the Central Sakhalin fault, one of the largest disjunctive dislocations of the island. The volcano was monitored during field seasons in the period from 2005 to 2007, and data on flow rates, chemical and isotope compositions of gases, temperature and chemical composition of watermud mixture in the volcano’s blowouts were collected and analysed. During the observation period, seismic activity in the region under study was significantly variable in time and space. The monitoring results revealed «traces» of two earthquakes in the blowout activity of the Yuzhno-Sakhalinsk mud volcano – the Gornazavodsk earthquake, that took place on 17 (18) August 2006, and the Nevelsk earthquake of 2 August 2007. Based on results of our analyses of the field data and mathematical simulation data, it is possible to conclude that an additional inflow of «deep geofluids» could not have been a major trigger of the activity of the volcano after the earthquakes. In our opinion, all the observed anomalies may result from «water – rock – gas» interactions in the top part of the mud volcano’s feeder channel. A combination of water and gas flows in the volcano’s channel and silica-alumina rocks comprises a specific geochemical system that is sensitive to external (seismic) impacts. Therefore, comprehensive consideration of physical and chemical processes within fluid-dynamic systems is required for assurance of correct interpretation of empirical data.

грязевые вулканыгеофлюидывещественный составдинамикао. Сахалинсейсмичностьмониторингматематическое моделированиеmud volcanoesgeofluidsmaterial compositiondynamicsSakhalin Islandseismicitymonitoringmathematical modellingReferencesAliev Ad.A., 2006. Mud volcanism of the South Caspian basin. Geologiya i poleznye iskopaemye Mirovogo okeana 3, 35–51 (in Russian) [Алиев Ад.А. Грязевой вулканизм Южно-Каспийского нефтегазоносного бассейна // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2006. № 3. С. 35–51].Aliev Ad.A., 2006. Mud volcanism of the South Caspian basin. Geologiya i poleznye iskopaemye Mirovogo okeana 3, 35–51 (in Russian) [Алиев Ад.А. Грязевой вулканизм Южно-Каспийского нефтегазоносного бассейна // Геология и полезные ископаемые Мирового океана. 2006. № 3. С. 35–51].Astakhov A.S., Sergeev K.F., Mel’nikov O.A., Prisyazhnyuk A.V., Shakirov R.B., Brovko P.F., Kiselev V.I., 2002. Dynamics of defluidization of the deepseated Central Sakhalin fault during seismic activation: results of monitoring of the Southern Sakhalin mud volcano in July–August 2001. Doklady Earth Sciences 386 (7), 742–747.Astakhov A.S., Sergeev K.F., Mel’nikov O.A., Prisyazhnyuk A.V., Shakirov R.B., Brovko P.F., Kiselev V.I., 2002. Dynamics of defluidization of the deepseated Central Sakhalin fault during seismic activation: results of monitoring of the Southern Sakhalin mud volcano in July–August 2001. Doklady Earth Sciences 386 (7), 742–747.Bonini M., 2009. Mud volcano eruptions and earthquakes in the Northern Apennines and Sicily, Italy. Tectonophysics 474 (1–3), 723–735. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2009.05.018.Bonini M., 2009. Mud volcano eruptions and earthquakes in the Northern Apennines and Sicily, Italy. Tectonophysics 474 (1–3), 723–735. http://dx.doi.org/10.1016/j.tecto.2009.05.018.Chaudhuri H., Ghose D., Bhandari R.K., Sen P., Sinha B., 2012. A geochemical approach to earthquake reconnaissance at the Baratang mud volcano, Andaman and Nicobar Islands. Journal of Asian Earth Sciences 46, 52–60. http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2011.10.007.Chaudhuri H., Ghose D., Bhandari R.K., Sen P., Sinha B., 2012. A geochemical approach to earthquake reconnaissance at the Baratang mud volcano, Andaman and Nicobar Islands. Journal of Asian Earth Sciences 46, 52–60. http://dx.doi.org/10.1016/j.jseaes.2011.10.007.Deville E., Guerlais S.H., 2009. Cyclic activity of mud volcanoes – evidences from Trinidad (SE Caribbean). Marine and Petroleum Geology 26 (9), 1681–1691. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2009.03.002.Deville E., Guerlais S.H., 2009. Cyclic activity of mud volcanoes – evidences from Trinidad (SE Caribbean). Marine and Petroleum Geology 26 (9), 1681–1691. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2009.03.002.Domanskii A.V., Ershov V.V., 2010. Modeling of the seismic influence on dynamics of processes of mud volcanism. Vestnik DVO RAN 6, 94–100 (in Russian) [Доманский А.В., Ершов В.В. Моделирование сейсмического воздействия на динамику грязе-вулканических процессов // Вестник ДВО РАН. 2010. № 6. С. 94–100].Domanskii A.V., Ershov V.V., 2010. Modeling of the seismic influence on dynamics of processes of mud volcanism. Vestnik DVO RAN 6, 94–100 (in Russian) [Доманский А.В., Ершов В.В. Моделирование сейсмического воздействия на динамику грязе-вулканических процессов // Вестник ДВО РАН. 2010. № 6. С. 94–100].Domanskii A.V., Ershov V.V., 2011. Fluid-dynamic modeling of mud volcanism. Russian Geology and Geophysics 52 (3), 368–376. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2011.02.009.Domanskii A.V., Ershov V.V., 2011. Fluid-dynamic modeling of mud volcanism. Russian Geology and Geophysics 52 (3), 368–376. http://dx.doi.org/10.1016/j.rgg.2011.02.009.Domanskii A.V., Ershov V.V., Levin B.W., 2009. A mathematical model of unsteady flows of geofluids in mud volcanic processes. Doklady Earth Sciences 424 (1), 95–98. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X09010206.Domanskii A.V., Ershov V.V., Levin B.W., 2009. A mathematical model of unsteady flows of geofluids in mud volcanic processes. Doklady Earth Sciences 424 (1), 95–98. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X09010206.Ershov V.V., Domanskii A.V., Levin B.V., 2010a. Modeling of the temperature regime of mud volcano gryphons. Doklady Earth Sciences 435 (1), 1529–1534. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X10110267.Ershov V.V., Domanskii A.V., Levin B.V., 2010a. Modeling of the temperature regime of mud volcano gryphons. Doklady Earth Sciences 435 (1), 1529–1534. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X10110267.Ershov V.V., Levin B.W., Mel’nikov O.A., Domansky A.V., 2008. Manifestations of the Nevelsk and Gornozavodsk Earthquakes of 2006–2007 in the dynamics of gryphon activity of the Yuzhno-Sakhalinsk Gas-Water-Lithoclastic (Mud) Volcano. Doklady Earth Sciences 423 (2), 1443–1447. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X08090262.Ershov V.V., Levin B.W., Mel’nikov O.A., Domansky A.V., 2008. Manifestations of the Nevelsk and Gornozavodsk Earthquakes of 2006–2007 in the dynamics of gryphon activity of the Yuzhno-Sakhalinsk Gas-Water-Lithoclastic (Mud) Volcano. Doklady Earth Sciences 423 (2), 1443–1447. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X08090262.Ershov V.V., Shakirov R.B., Melnikov O.A., Kopanina A.V., 2010b. Changes of features to activity of the mud volcano and their relationship with seismicity of the south of the Sakhalin Island. Regionalnaya geologiya i metallogeniya 42, 49–57 (in Russian) [Ершов В.В., Шакиров Р.Б., Мельников О.А., Копанина А.В. Вариации параметров грязевулканической деятельности и их связь с сейсмичностью юга острова Сахалин // Региональная геология и металлогения. 2010. № 42. С. 49–57].Ershov V.V., Shakirov R.B., Melnikov O.A., Kopanina A.V., 2010b. Changes of features to activity of the mud volcano and their relationship with seismicity of the south of the Sakhalin Island. Regionalnaya geologiya i metallogeniya 42, 49–57 (in Russian) [Ершов В.В., Шакиров Р.Б., Мельников О.А., Копанина А.В. Вариации параметров грязевулканической деятельности и их связь с сейсмичностью юга острова Сахалин // Региональная геология и металлогения. 2010. № 42. С. 49–57].Ershov V.V., Shakirov R.B., Obzhirov A.I., 2011. Isotopic–geochemical characteristics of free gases of the South Sakhalin mud volcano and their relationship to regional seismicity. Doklady Earth Sciences 440 (1), 1334–1339. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X11090169.Ershov V.V., Shakirov R.B., Obzhirov A.I., 2011. Isotopic–geochemical characteristics of free gases of the South Sakhalin mud volcano and their relationship to regional seismicity. Doklady Earth Sciences 440 (1), 1334–1339. http://dx.doi.org/10.1134/S1028334X11090169.Kasyanova N.A., 2003. Ecological Risks and Geodynamics. Nauchnyj mir, Moscow, 332 p. (in Russian) [Касьянова Н.А. Экологические риски и геодинамика. М.: Научный мир, 2003. 332 с.].Kasyanova N.A., 2003. Ecological Risks and Geodynamics. Nauchnyj mir, Moscow, 332 p. (in Russian) [Касьянова Н.А. Экологические риски и геодинамика. М.: Научный мир, 2003. 332 с.].Kopf A., Delisle G., Faber E., Panahi B., Aliyev C.S., Guliyev I., 2010. Longterm in situ monitoring at Dashgil mud volcano, Azerbaijan: a link between seismicity, porepressure transients and methane emission. International Journal of Earth Sciences 99 (1), 227–240. http://dx.doi.org/10.1007/s0053100904874.Kopf A., Delisle G., Faber E., Panahi B., Aliyev C.S., Guliyev I., 2010. Longterm in situ monitoring at Dashgil mud volcano, Azerbaijan: a link between seismicity, porepressure transients and methane emission. International Journal of Earth Sciences 99 (1), 227–240. http://dx.doi.org/10.1007/s0053100904874.Manga M., Brumm M., Rudolph M.L., 2009. Earthquake triggering of mud volcanoes. Marine and Petroleum Geology 26 (9), 1785–1798. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2009.01.019.Manga M., Brumm M., Rudolph M.L., 2009. Earthquake triggering of mud volcanoes. Marine and Petroleum Geology 26 (9), 1785–1798. http://dx.doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2009.01.019.Martinelli G., Dadomo A., 2005. Mud volcanoes, geodynamics and seismicity: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop, Baku, Azerbaijan, 20–22 May, 2003. Mud volcano monitoring and seismic events 51, 187–199.Martinelli G., Dadomo A., 2005. Mud volcanoes, geodynamics and seismicity: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop, Baku, Azerbaijan, 20–22 May, 2003. Mud volcano monitoring and seismic events 51, 187–199.Mel’nikov O.A., 1987. Structure and Geodynamics of Hokkaido-Sakhalin Folded Area. Nauka, Moscow, 95 p. (in Russian) [Мельников О.А. Структура и геодинамика Хоккайдо-Сахалинской складчатой области. М.: Наука, 1987. 95 с.].Mel’nikov O.A., 1987. Structure and Geodynamics of Hokkaido-Sakhalin Folded Area. Nauka, Moscow, 95 p. (in Russian) [Мельников О.А. Структура и геодинамика Хоккайдо-Сахалинской складчатой области. М.: Наука, 1987. 95 с.].Mel’nikov O.A., 2002. Dislocations and seismicity of a southern part of the Tym-Poronaisk upthrust-overthrust area. In: Tectonics, geodynamics, magmatism, metallogeny and seismicity of the Pacific segment of the Earth. IMGiG DVO RAN, YuzhnoSakhalinsk, p. 50–88 (in Russian) [Мельников О.А. Дислокации и сейсмичность южной части зоны Тымь-Поронайского взбросо-надвига // Тектоника, геодинамика, магматизм, металлогения и сейсмичность Тихоокеанского сегмента Земли. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2002. С. 50–88].Mel’nikov O.A., 2002. Dislocations and seismicity of a southern part of the Tym-Poronaisk upthrust-overthrust area. In: Tectonics, geodynamics, magmatism, metallogeny and seismicity of the Pacific segment of the Earth. IMGiG DVO RAN, YuzhnoSakhalinsk, p. 50–88 (in Russian) [Мельников О.А. Дислокации и сейсмичность южной части зоны Тымь-Поронайского взбросо-надвига // Тектоника, геодинамика, магматизм, металлогения и сейсмичность Тихоокеанского сегмента Земли. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2002. С. 50–88].Mel’nikov O.A., Ershov V.V., 2010. Mud (gaswater lithoclastic) volcanism Sakhalin Island: history, results and perspective of the studies. Vestnik DVO RAN 6, 87–93 (in Russian) [Мельников О.А., Ершов В.В. Грязевой (газоводолитокластитовый) вулканизм острова Сахалин: история, результаты и перспективы исследований // Вестник ДВО РАН. 2010. № 6. С. 87–93].Mel’nikov O.A., Ershov V.V., 2010. Mud (gaswater lithoclastic) volcanism Sakhalin Island: history, results and perspective of the studies. Vestnik DVO RAN 6, 87–93 (in Russian) [Мельников О.А., Ершов В.В. Грязевой (газоводолитокластитовый) вулканизм острова Сахалин: история, результаты и перспективы исследований // Вестник ДВО РАН. 2010. № 6. С. 87–93].Mel’nikov O.A., Ershov V.V., Kim C.U., Sen R.S., 2008. Dynamics of the gryphon activity of gaswater lithoclastic (mud) volcanoes and their relation to the natural seismicity as exemplified by Yuzhno-Sakhalinsk volcano (Sakhalin Island). Russian Journal of Pacific Geology 2 (5), 397–411. http://dx.doi.org/10.1134/S1819714008050035.Mel’nikov O.A., Ershov V.V., Kim C.U., Sen R.S., 2008. Dynamics of the gryphon activity of gaswater lithoclastic (mud) volcanoes and their relation to the natural seismicity as exemplified by Yuzhno-Sakhalinsk volcano (Sakhalin Island). Russian Journal of Pacific Geology 2 (5), 397–411. http://dx.doi.org/10.1134/S1819714008050035.Mellors R., Kilb D., Aliyev A., Gasanov A., Yetirmishli G., 2007. Correlations between earthquakes and large mud volcano eruptions. Journal of Geophysical Research 112 (4), 11. http://dx.doi.org/10.1029/2006JB004489.Mellors R., Kilb D., Aliyev A., Gasanov A., Yetirmishli G., 2007. Correlations between earthquakes and large mud volcano eruptions. Journal of Geophysical Research 112 (4), 11. http://dx.doi.org/10.1029/2006JB004489.Namiot A.Yu., 1991. Solubility of Gases in Water. Nedra, Moscow, 167 p. (in Russian) [Намиот А.Ю. Растворимость газов в воде. М.: Недра, 1991. 167 с.].Namiot A.Yu., 1991. Solubility of Gases in Water. Nedra, Moscow, 167 p. (in Russian) [Намиот А.Ю. Растворимость газов в воде. М.: Недра, 1991. 167 с.].Panahi В.М., 2005. Mud volcanism, geodynamics and seismicity of Azerbaijan and the Caspian Sea region. Mud volcanoes, geodynamics and seismicity: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop, Baku, Azerbaijan, 20–22 May, 2003. Springer, Dordrecht, p. 89–104.Panahi В.М., 2005. Mud volcanism, geodynamics and seismicity of Azerbaijan and the Caspian Sea region. Mud volcanoes, geodynamics and seismicity: Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop, Baku, Azerbaijan, 20–22 May, 2003. Springer, Dordrecht, p. 89–104.Panahi B.M., Rakhmanov R.R., 1993. Mud volcano’s earthquakes. Vulkanologiya i seismologiya 2, 98–102 (in Russian) [Панахи Б.М., Рахманов Р.Р. Грязевулканические землетрясения // Вулканология и сейсмология. 1993. № 2. С. 98–102].Panahi B.M., Rakhmanov R.R., 1993. Mud volcano’s earthquakes. Vulkanologiya i seismologiya 2, 98–102 (in Russian) [Панахи Б.М., Рахманов Р.Р. Грязевулканические землетрясения // Вулканология и сейсмология. 1993. № 2. С. 98–102].Prytkov A.S., 2008. Present crustal movements of Sakhalin-Kuril region and modeling of geodynamics processes as of GPS observations. Ph.D. Thesis. IMGiG DVO RAN, Yuzhno-Sakhalinsk, 22 p. (in Russian) [Прытков А.С. Современные движения земной коры Сахалино-Курильского региона и моделирование геодинамических процессов по данным GPSнаблюдений: Автореф. дис. … канд. физ.мат. наук. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. 22 с.].Prytkov A.S., 2008. Present crustal movements of Sakhalin-Kuril region and modeling of geodynamics processes as of GPS observations. Ph.D. Thesis. IMGiG DVO RAN, Yuzhno-Sakhalinsk, 22 p. (in Russian) [Прытков А.С. Современные движения земной коры Сахалино-Курильского региона и моделирование геодинамических процессов по данным GPSнаблюдений: Автореф. дис. … канд. физ.мат. наук. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. 22 с.].Safonov D.A., 2008. Dynamics of seismicity of South Sakhalin on base modern instrumental and macroseismic data. Ph.D.Thesis. IMGiG DVO RAN, Yuzhno-Sakhalinsk, 24 p. (in Russian) [Сафонов Д.А. Динамика сейсмичности Южного Сахалина на основе современных инструментальных и макросейсмических данных: Автореф. дис. … канд. физ.мат. наук. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. 24 с.].Safonov D.A., 2008. Dynamics of seismicity of South Sakhalin on base modern instrumental and macroseismic data. Ph.D.Thesis. IMGiG DVO RAN, Yuzhno-Sakhalinsk, 24 p. (in Russian) [Сафонов Д.А. Динамика сейсмичности Южного Сахалина на основе современных инструментальных и макросейсмических данных: Автореф. дис. … канд. физ.мат. наук. Южно-Сахалинск: ИМГиГ ДВО РАН, 2008. 24 с.].Shakirov R., Obzhirov A., Suess E., Salyuk A., Biebow N., 2004. Mud volcanoes and gas vents in the Okhotsk Sea area. GeoMarine Letter 24 (3), 140–149. http://dx.doi.org/10.1007/s003670040177y.Shakirov R., Obzhirov A., Suess E., Salyuk A., Biebow N., 2004. Mud volcanoes and gas vents in the Okhotsk Sea area. GeoMarine Letter 24 (3), 140–149. http://dx.doi.org/10.1007/s003670040177y.Voitov G.I., 2001. Chemical and carbon isotope instabilities in the gryphon gases of mud volcanoes: An example of the Southern Caspian and Taman mudvolcano province. Geochemistry International 39 (4), 373–383.Voitov G.I., 2001. Chemical and carbon isotope instabilities in the gryphon gases of mud volcanoes: An example of the Southern Caspian and Taman mudvolcano province. Geochemistry International 39 (4), 373–383.Yang T.F., Fu C.C., Walia V., Chen C.H., Chyi L.L., Liu T.K., Song S.R., Lee M., Lin C.W., Lin C.C., 2006. Seismo-geochemical variations in SW Taiwan: multi-parameter automatic gas monitoring results. Pure and applied geophysics 163 (4), 693–709. http://dx.doi.org/10.1007/s0002400600403.Yang T.F., Fu C.C., Walia V., Chen C.H., Chyi L.L., Liu T.K., Song S.R., Lee M., Lin C.W., Lin C.C., 2006. Seismo-geochemical variations in SW Taiwan: multi-parameter automatic gas monitoring results. Pure and applied geophysics 163 (4), 693–709. http://dx.doi.org/10.1007/s0002400600403.

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