gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2024-15-1-0744VCLECEgtcrust-1796Research ArticleТЕКТОНОФИЗИКАTECTONOPHYSICSСООТНОШЕНИЕ РАДОНОВОЙ И СЕЙСМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В БАЙКАЛЬСКОЙ РИФТОВОЙ ЗОНЕ ПО ДАННЫМ ЭМАНАЦИОННОГО МОНИТОРИНГАCORRELATION OF RADON AND SEISMIC ACTIVITY IN THE BAIKAL RIFT ZONE ACCORDING TO EMANATION MONITORING DATAhttps://orcid.org/0000-0001-7607-0417СеминскийК. Ж.SeminskyK. Zh.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

https://orcid.org/0000-0002-4405-6132БобровА. А.BobrovА. А.

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

128 Lermontov St, Irkutsk 664033

Институт земной коры СО РАНРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202416022024151744744Copyright © Семинский К.Ж., Бобров А.А., 20242024Семинский К.Ж., Бобров А.А.Seminsky K.Z., Bobrov А.А.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/1796

Длинные ряды эманационного мониторинга, организованного на станциях «Тырган» (2018–2023 гг.), «Бугульдейка» (2020–2023 гг.) и «Максимиха» (2022–2023 гг.) в центральной части Прибайкалья (Восточная Сибирь), изучены с целью выявления связи объемной активности подпочвенного радона (ОАР) с сейсмичностью Байкальской рифтовой зоны (БРЗ). Сопоставление осредненных за неделю значений ОАР на разных станциях и степени зависимости данного параметра от логарифма суммарной энергии землетрясений (LgΣE) показало, что в периоды сейсмических активизаций воздействие тектонических сил вносит значимые коррективы в характер эманаций, который в целом определяется нетектоническими факторами. Установлено, что сейсмическим активизациям, представленным достаточно сильными для Прибайкалья землетрясениями с К≥13.3, соответствуют интервалы нарушения синхронности вариаций ОАР на разных станциях мониторинга, а также совпадение максимальных величин логарифма суммарной энергии землетрясений с локальными максимумами коэффициента корреляции связи между параметрами ОАР и LgΣE. Область, включающая эпицентры землетрясений, генерировавших подобный эманационный отклик на станциях мониторинга, имеет форму эллипса, вытянутого в северо-восточном направлении – вдоль главных разломных структур БРЗ. Полученные результаты, кроме подтверждения предложенной ранее модели формирования поля радона в Прибайкалье под воздействием внешних и внутренних сил, представляют основу для выявления в дальнейшем устойчивых предвестников сильных землетрясений на базе комплексного анализа данных разветвленной сети эманационного мониторинга.

Long series of the emanation monitoring organized at Tyrgan (2018–2023), Buguldeika (2020–2023) and Maksimikha (2022–2023) stations in the central part of the Baikal Region (the Eastern Siberia) are studied to reveal the relationship of the subsurface radon volumetric activity (RVA) with the seismicity of the Baikal rift zone (BRZ). The comparison of the weekly averaged RVA values at different stations and the degree of dependence of this parameter on the logarithm of the total earthquakes energy (LgΣE) showed that during the periods of seismic activity the impact of tectonic forces makes significant corrections in the character of emanations, which in general is determined by non-tectonic factors. It has been established that seismic activity represented by the enough strong for the Baikal Region earthquakes with K≥13.3 correspond to synchronicity intervals of RVA at different monitoring stations, as well as coincidence of maximum values of the logarithm of the total earthquakes energy with local maximums of the correlation coefficient between RVA and LgΣE parameters. The area, including the earthquake epicenters that generated such an emanation response at monitoring stations, is in the form of an ellipse extended in the northeastern direction – along the main fault structures of the BRZ. The obtained results, besides confirming the previously proposed model of radon field formation in the Baikal Region under the influence of external and internal forces, provide the for the identification of further stable precursors of strong earthquakes based on a comprehensive analysis of data from a branched emanation monitoring network.

радонземлетрясениямониторингБайкальский рифтradonearthquakesmonitoringBaikal riftРаботы выполнены в рамках госзадания ИЗК СО РАН на 2021–2025 гг. «Современная геодинамика, механизмы деструкции литосферы и опасные геологические процессы в Центральной Азии» с использованием оборудования и инфраструктуры Уникальной научной установки «Южно-Байкальский инструментальный комплекс для мониторинга опасных геодинамических процессов» ЦКП «Геодинамика и геохронология » ИЗК СО РАН по гранту 075-15-2021-682.The work was carried out as a part of the state assignment of IEC SB RAS for 2021–2025. "Modern geodynamics, mechanisms of lithosphere destruction and dangerous geological processes in Central Asia" using the Large-Scale Research Facilities "South-Baikal instrumental complex for monitoring of hazardous geodynamic processes" of the Centre for Geodynamics and Geochronology at the IEC SB RAS (grant 075-15-2021-682).ReferencesАдушкин В.В., Спивак А.А., Рыбнов Ю.С., Харламов В.А. Приливные волны и вариации давления в атмосфере Земли // Геофизические исследования. 2017. Т. 18. № 3. С. 67–80. https://doi.org/10.21455/gr2017.3-6.Adushkin V.V., Spivak A.A., Rybnov Yu.S., Kharlamov V.A., 2017. Tidal Waves and Pressure Variations in the Earth’s Atmosphere. Geophysical Research 18 (3), 67–80 (in Russian) https://doi.org/10.21455/gr2017.3-6.Бобров А.А. К вопросу о сейсмической активности и поле радона в Приольхонье (Западное Прибайкалье) // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. Геология, поиски и разведка рудных месторождений. 2016. № 3 (56). С. 76–85. DOI:10.21285/0130-108Х-2016-56-3-76-85.Bobrov A.A., 2016. To Seismic Activity and Radon Field in Priolkhonie (Western Baikal Region). Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences of the Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Prospecting and Exploration of Ore Deposits 3 (56), 76–85 (in Russian) DOI:10.21285/0130-108Х-2016-56-3-76-85.Cicerone R.D., Ebel J.E., Britton J., 2009. A Systematic Compilation of Earthquake Precursors. Tectonophysics 476 (3–4) 371–396. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.06.008.Cicerone R.D., Ebel J.E., Britton J., 2009. A Systematic Compilation of Earthquake Precursors. Tectonophysics 476 (3–4) 371–396. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2009.06.008.Crockett R.G.M., Perrier F., Richon P., 2010. Spectral-Decomposition Techniques for the Identification of Periodic and Anomalous Phenomena in Radon Time-Series. Natural Hazards and Earth System Sciences 10 (3), 559–564. https://doi.org/10.5194/nhess-10-559-2010.Crockett R.G.M., Perrier F., Richon P., 2010. Spectral-Decomposition Techniques for the Identification of Periodic and Anomalous Phenomena in Radon Time-Series. Natural Hazards and Earth System Sciences 10 (3), 559–564. https://doi.org/10.5194/nhess-10-559-2010.Землетрясения России в 2020 году. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2022. 204 с.Earthquakes in Russia in 2020, 2022. GS RAS, Obninsk, 204 p. (in Russian)Землетрясения России в 2021 году. Обнинск: ФИЦ ЕГС РАН, 2023. 224 с.Earthquakes in Russia in 2021, 2023. GS RAS, Obninsk, 224 p. (in Russian)Фирстов П.П., Макаров Е.О. Динамика подпочвенного радона на Камчатке и сильные землетрясения. Петропавловск-Камчатский: КамГУ, 2018. 148 с.Firstov P.P., Makarov E.O., 2018. Dynamics of Subsurface Radon in Kamchatka and Strong Earthquakes. KamSU, Petropavlovsk-Kamchatsky, 148 p. (in Russian)Ghosh D., Deb A., Sengupta R., 2009. Anomalous Radon Emission as Precursor of Earthquake. Journal of Applied Geophysics 69 (2), 67–81. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.06.001.Ghosh D., Deb A., Sengupta R., 2009. Anomalous Radon Emission as Precursor of Earthquake. Journal of Applied Geophysics 69 (2), 67–81. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2009.06.001.Hartmann J., Levy J.K., 2005. Hydrogeological and Gasgeochemical Earthquake Precursors – A Review for Application. Natural Hazards 34, 279–304. https://doi.org/10.1007/s11069-004-2072-2.Hartmann J., Levy J.K., 2005. Hydrogeological and Gasgeochemical Earthquake Precursors – A Review for Application. Natural Hazards 34, 279–304. https://doi.org/10.1007/s11069-004-2072-2.Jordan T.H., Gasparini P., Main I., Marzocchi W., Papadopoulos G., Sobolev G., Yamaoka K., Zschau J., 2011. Operational Earthquake Forecasting. State of Knowledge and Guidelines for Utilization. Annals of Geophysics 54 (4), 315–391. https://doi.org/10.4401/ag-5350.Jordan T.H., Gasparini P., Main I., Marzocchi W., Papadopoulos G., Sobolev G., Yamaoka K., Zschau J., 2011. Operational Earthquake Forecasting. State of Knowledge and Guidelines for Utilization. Annals of Geophysics 54 (4), 315–391. https://doi.org/10.4401/ag-5350.King C.-Y., Zhang W., Zhang Z., 2006. Earthquake-Induced Groundwater and Gas Changes. Pure and Applied Geophysics 163, 633–645. https://doi.org/10.1007/s00024-006-0049-7.King C.-Y., Zhang W., Zhang Z., 2006. Earthquake-Induced Groundwater and Gas Changes. Pure and Applied Geophysics 163, 633–645. https://doi.org/10.1007/s00024-006-0049-7.Kumar A., Walia V., Arora B.R., Yang T.F., Lin S.J., Fu C.C., Chen C.H., 2015. Identifications and Removal of Diurnal and Semidiurnal Variations in Radon Time Series Data of Hsinhua Monitoring Station in SW Taiwan Using Singular Spectrum Analysis. Natural Hazards 79, 317–330. https://doi.org/10.1007/s11069-015-1844-1.Kumar A., Walia V., Arora B.R., Yang T.F., Lin S.J., Fu C.C., Chen C.H., 2015. Identifications and Removal of Diurnal and Semidiurnal Variations in Radon Time Series Data of Hsinhua Monitoring Station in SW Taiwan Using Singular Spectrum Analysis. Natural Hazards 79, 317–330. https://doi.org/10.1007/s11069-015-1844-1.Логачев Н.А. История и геодинамика Байкальского рифта // Геология и геофизика. 2003. Т. 44. № 5. С. 391–406.Logachev N.A., 2003. History and Geodynamics of the Baikal Rift. Russian Geology and Geophysics 4 (5), 391–406 (in Russian)Логачев Н.А., Флоренсов Н.А. Байкальская система рифтовых долин // Роль рифтогенеза в геологической истории Земли. Новосибирск: Наука, 1977. С. 19–29.Logachev N.A., Florensov N.A., 1977.The Baikal System of Rift Valleys. In: A Role of Rifting in the Geological History of the Earth. Nauka, Novosibirsk, p. 19–29 (in Russian)Мац В.Д., Уфимцев Г.Ф., Мандельбаум М.М., Алакшин А.М., Поспеев А.В., Шимараев М.Н., Хлыстов О.М. Кайнозой Байкальской рифтовой впадины: строение и геологическая история. Новосибирск: Гео, 2001. 252 с.Mats V.D., Ufimtsev G.F., Mandelbaum M.M., Alakshin A.M., Pospeev A.V., Shimaraev M.N., Khlystov O.M., 2001. The Cenozoic Baikal Rift Basin: Its Structure and Geological History. GEO, Novosibirsk, 252 p. (in Russian)Petit C., Deverchere J., 2006. Structure and Evolution of the Baikal Rift: A Synthesis. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 7 (11), Q11016. https://doi.org/10.1029/2006GC001265.Petit C., Deverchere J., 2006. Structure and Evolution of the Baikal Rift: A Synthesis. Geochemistry, Geophysics, Geosystems 7 (11), Q11016. https://doi.org/10.1029/2006GC001265.Riggio A., Santulin M., 2015. Earthquake Forecasting: A Review of Radon as Seismic Precursor. Bulletin of Geophysics and Oceanography 56 (2), 95–114. https://doi.org/10.4430/bgta0148.Riggio A., Santulin M., 2015. Earthquake Forecasting: A Review of Radon as Seismic Precursor. Bulletin of Geophysics and Oceanography 56 (2), 95–114. https://doi.org/10.4430/bgta0148.Ружич В.В. Сейсмотектоническая деструкция в земной коре Байкальской рифтовой зоны. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1997. 144 с.Ruzhich V.V., 1997. Seismotectonic Destruction in the Crust of the Baikal Rift Zone. Publishing House of SB RAS, Novosibirsk, 144 p. (in Russian)Семинский А.К. Вариации радона в подземных водах при подготовке и реализации сейсмических событий Байкальского региона // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 2. 0631. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0631.Seminsky A.K., 2022. Variations in Radon Concentrations in the Underground Waters during the Generation and Occurrence of Seismic Events in the Baikal Region. Geodynamics & Tectonophysics 13 (2), 0631 (in Russian). https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-2s-0631.Seminsky K.Zh., Bobrov A.A., 2009. Radon Activity of Faults (Western Baikal and Southern Angara Areas). Russian Geology and Geophysics 50 (8), 674–684. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2008.12.010.Seminsky K.Zh., Bobrov A.A., 2009. Radon Activity of Faults (Western Baikal and Southern Angara Areas). Russian Geology and Geophysics 50 (8), 674–684. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2008.12.010.Семинский К.Ж., Бобров А.А. Первые результаты исследований временных вариаций эманационной активности разломов Западного Прибайкалья // Геодинамика и тектонофизика. 2013. Т. 4. № 1. С. 1–12. https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0088.Seminsky K.Zh., Bobrov А.А., 2013. The First Results of Studies of Temporary Variations in Soilradon Activity of Faults in Western Pribaikalie. Geodynamics & Tectonophysics 4 (1), 1–12 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2013-4-1-0088.Seminsky K.Zh., Bobrov A.A., 2023. Irregularities in the Relationship of Variations in the Radon Volume Activity and Atmospheric Pressure during Seismic Activation (by the Example of the Baikal Region). Doklady Earth Sciences 510, 312–316. https://doi.org/10.1134/S1028334X23600160.Seminsky K.Zh., Bobrov A.A., 2023. Irregularities in the Relationship of Variations in the Radon Volume Activity and Atmospheric Pressure during Seismic Activation (by the Example of the Baikal Region). Doklady Earth Sciences 510, 312–316. https://doi.org/10.1134/S1028334X23600160.Seminsky K.Zh., Bornyakov S.A., Dobrynina A.A., Radziminovich N.A., Rasskazov S.V., Sankov V.A., Mialle P., Bobrov A.A. et al., 2021. The Bystrinskoe Earthquake in the Southern Baikal Region (21 September, 2020, Mw=5.4): Main Parameters, Precursors, and Accompanying Effects. Russian Geology and Geophysics 62 (5), 589–603. https://doi.org/10.2113/RGG20204296.Seminsky K.Zh., Bornyakov S.A., Dobrynina A.A., Radziminovich N.A., Rasskazov S.V., Sankov V.A., Mialle P., Bobrov A.A. et al., 2021. The Bystrinskoe Earthquake in the Southern Baikal Region (21 September, 2020, Mw=5.4): Main Parameters, Precursors, and Accompanying Effects. Russian Geology and Geophysics 62 (5), 589–603. https://doi.org/10.2113/RGG20204296.Семинский К.Ж., Добрынина А.А., Борняков С.А., Саньков В.А., Поспеев А.В., Рассказов С.В., Перевалова Н.П., Семинский И.К. и др. Комплексный мониторинг опасных геологических процессов в Прибайкалье: организация пилотной сети и первые результаты // Геодинамика и тектонофизика. 2022. Т. 13. № 5. 0677. https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-5-0677.Seminsky K.Zh., Dobrynina A.A., Bornyakov S.A., Sankov V.A., Pospeev A.V., Rasskazov S.V., Perevalova N.P., Seminskiy I.K. et al., 2022. Integrated Monitoring of Hazardous Geological Processes in Pribaikalye: Pilot Network and First Results. Geodynamics & Tectonophysics 13 (5), 0677 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2022-13-5-0677.Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. Новосибирск: Наука, 1977. 102 с.Sherman S.I., 1977. Physical Regularities of Crustal Faulting. Nauka, Novosibirsk, 102 p. (in Russian)Сидоренков Н.С. Небесно-механические причины изменения погоды и климата // Геофизические процессы и биосфера. 2015. Т. 14. № 3. С. 5–26.Sidorenkov N.S., 2015. Celestial-Mechanical Factors of the Weather and Climate Change. Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics 14 (3), 5–25 (in Russian)Spivak A.A., Kozhukhov S.A., Sukhorukov M.V., Kharlamov V.A., 2009. Radon Emanation as an Indicator of the Intensity of Intergeospheric Interactions at the Earth’s Crust-Atmosphere Interface. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 45, 118–133. https://doi.org/10.1134/S1069351309020037.Spivak A.A., Kozhukhov S.A., Sukhorukov M.V., Kharlamov V.A., 2009. Radon Emanation as an Indicator of the Intensity of Intergeospheric Interactions at the Earth’s Crust-Atmosphere Interface. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 45, 118–133. https://doi.org/10.1134/S1069351309020037.Thomas D.M., 1988. Geochemical Precursors to Seismic Activity. Pure and Applied Geophysics 126, 241–266. https://doi.org/10.1007/BF00878998.Thomas D.M., 1988. Geochemical Precursors to Seismic Activity. Pure and Applied Geophysics 126, 241–266. https://doi.org/10.1007/BF00878998.Toutain J.-P., Baubron J.-C., 1999. Gas Geochemistry and Seismotectonics: A Review. Tectonophysics 304 (1–2), 1–27. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00295-9.Toutain J.-P., Baubron J.-C., 1999. Gas Geochemistry and Seismotectonics: A Review. Tectonophysics 304 (1–2), 1–27. https://doi.org/10.1016/S0040-1951(98)00295-9.Тубанов Ц.А., Предеин П.А., Цыдыпова Л.Р., Санжиева Д.П.-Д., Радзиминович Н.А., Базаров А.Д. Результаты и перспективы сейсмологических наблюдений в центральной части Байкальского рифта // Российский сейсмологический журнал. 2021. Т. 3. № 4. С. 38–57. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2021.4.03.Tubanov Ts.A., Predein P.A., Tcydypova L.R., Sanzhieva D.P.-D., Radziminovich N.A., Bazarov A.D., 2021. Results and Prospects of Seismological Observations in the Central Part of the Baikal Rift. Russian Journal of Seismology 3 (4), 38–57 (in Russian) https://doi.org/10.35540/2686-7907.2021.4.03.Utkin V.I., Mamyrov E., Kan M.V., Krivasheev S.V., Yurkov A.K., Kosyakin I.I., Shishkanov A.N., 2006. Radon Monitoring in the Northern Tien Shan with Application to the Process of Tectonic Earthquake Nucleation. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 42, 775–784. https://doi.org/10.1134/S1069351306090072.Utkin V.I., Mamyrov E., Kan M.V., Krivasheev S.V., Yurkov A.K., Kosyakin I.I., Shishkanov A.N., 2006. Radon Monitoring in the Northern Tien Shan with Application to the Process of Tectonic Earthquake Nucleation. Izvestiya, Physics of the Solid Earth 42, 775–784. https://doi.org/10.1134/S1069351306090072.Utkin V.I., Yurkov A.K., 2010. Radon as a Tracer of Tectonic Movements. Russian Geology and Geophysics 51 (2), 220–227. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2009.12.022.Utkin V.I., Yurkov A.K., 2010. Radon as a Tracer of Tectonic Movements. Russian Geology and Geophysics 51 (2), 220–227. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2009.12.022.Woith H., 2015. Radon Earthquake Precursor: A Short Review. The European Physical Journal Special Topics 224, 611–627. https://doi.org/10.1140/epjst/e2015-02395-9.Woith H., 2015. Radon Earthquake Precursor: A Short Review. The European Physical Journal Special Topics 224, 611–627. https://doi.org/10.1140/epjst/e2015-02395-9.

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