gtcrustГеодинамика и тектонофизикаGeodynamics & Tectonophysics2078-502XInstitute of the Earth's crust of the Russian Academy of Sciences, Siberian Branch10.5800/GT-2020-11-1-0463gtcrust-985Research ArticleСОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКАRECENT GEODYNAMICSИЗУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРЕННЫХ ГЕЛИЯ И РАДОНА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ В СВЯЗИ С СЕЙСМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИTHE STUDY OF DISSOLVED HELIUM AND RADON CONCENTRATIONS IN GROUNDWATERS OF SOUTHERN PRIBAIKALIE IN CONNECTION WITH SEISMIC PROCESSESСеменовР. М.SemenovR. M.

РУДОЛЬФ МИХАЙЛОВИЧ СЕМЕНОВ докт. геол.-мин. наук, профессор, в.н.с.

664074, г. Иркутск, ул. Чернышевского, 15, Россия 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия

RUDOLF M. SEMENOV Doctor of Geology and Mineralogy, Professor, Lead Researcher

15 Chernishevsky St, Irkutsk 664074, Russia; 128 Lermontov St, Irkutsk 664033, Russia

semenov@crust.irk.ruЛопатинМ. Н.LopatinM. N.

МАКСИМ НИКОЛАЕВИЧ ЛОПАТИН преподаватель

664003, г. Иркутск, ул. Карла Маркса, 1, Россия

flamewolf@mail.ruЧечельницкийВ. В.ChechelnitskyV. V.

ВЛАДИМИР ВАСИЛЬЕВИЧ ЧЕЧЕЛЬНИЦКИЙ канд. геол.-мин. наук, заместитель директора по научной работе

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 128, Россия

VLADIMIR V. CHECHELNITSKY Candidate of Geology and Mineralogy, Deputy Director for Science

128 Lermontov St, Irkutsk 664033, Russia

chechel@crust.irk.ruИнститут земной коры Сибирского отделения РАН; Иркутский государственный университет путей сообщенияРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS; Irkutsk State Transport UniversityRussian FederationИнститут земной коры Сибирского отделения РАН; Иркутский государственный университетРоссияInstitute of the Earth’s Crust, Siberian Branch of RAS; Irkutsk State UniversityRussian FederationБайкальский филиал ФИЦ «Единая геофизическая служба РАН»РоссияBaikal Branch, Geophysical Survey of RASRussian Federation2020190320201116374Copyright © Семенов Р.М., Лопатин М.Н., Чечельницкий В.В., 20202020Семенов Р.М., Лопатин М.Н., Чечельницкий В.В.Semenov R.M., Lopatin M.N., Chechelnitsky 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/985

Известно, что изменения геохимических полей нередко обусловлены формированием и реализацией очагов землетрясений, причем тех подземных толчков, которые по своему энергетическому классу и эпицентральному расстоянию способны оказывать влияние на гидрогеохимические поля в пунктах наблюдений. С целью установления этих взаимосвязей в Южном Прибайкалье проводятся исследования содержаний растворенных в подземных водах радона и гелия. В качестве пункта наблюдения использовалась артезианская скважина № 3 бывшего профилактория «Зеленый Мыс» (Иркутская область). Пробы воды, отбираемые ежедневно в 10 часов утра, подвергались процессу барботажа и последующему измерению концентраций радона на блоках бета-детектирования комплекса «Камера-01», а также на приборе ИНГЕМ-1 (индикатор гелия магниторазрядный) для определения концентраций гелия. За период с 2010 по 2016 г. нами было рассмотрено 22 сейсмических события с энергетическими классами К от 10.4 до 14.5 и эпицентральными расстояниями от 40 до 750 км, которые проявились в пункте гидрогеохимических наблюдений с условной энергетической характеристикой K’>6. Установлено, что накануне землетрясений в вариациях концентраций обнаруживаются определенные закономерности, которые могут служить предвестниками времени возникновения землетрясений. Они выражаются в своеобразных формах кривых на графиках содержаний радона и гелия. Их вариации, превышающие величину полутора – двух среднеквадратичных отклонений в сторону повышения или понижения концентраций, как правило, предшествовали землетрясениям. В данной статье рассматриваются полученные результаты изменений вариаций вышеуказанных газов, которые обусловлены сейсмическим процессом и могут служить краткосрочным предвестником землетрясений.

It is known that changes in geochemical fields may be due to the formation and development of earthquake foci. Hydrogeochemical fields at observation sites can be disturbed by underground shocks of sufficient energy, which occur at specific epicentral distances. Our study aimed to reveal these relationships by analysing the concentrations of helium and radon in groundwaters of Southern Pribaikalie, the area around Lake Baikal in Russia. Water samples were taken daily at 10 a.m. from artesian well No. 3 in Zeleny Mys, Irkutsk region. After water sparging, radon concentrations were measured by beta-detection Camera-01 and INGEM-1 (magnetic discharge indicator of helium) to determine helium concentrations. We analysed the concentration values in connection with 22 seismic events that occurred from 2010 to 2016 at the hydrogeochemical observation site (energy classes K of 10.4–14.5; epicentral distances of 40–750 km; conditional energy of K’>6). Based on the radon and helium concentration diagrams, specific regularities were established in the concentration variations before the earthquakes. Generally, concentration variations (increasing/decreasing) in excess of 1.5–2.0 standard deviations preceded earthquakes. This article presents the study results and discusses variations in the radon and helium concentrations, which are due to the seismic process and can be considered as a short-term precursor of earthquakes.

сейсмичностьрадонгелийэнергетический класс землетрясенийэпицентральное расстояниепредвестник землетрясенийseismicityradonheliumearthquake energy classepicentral distanceearthquake precursorДанные исследования были выполнены при поддержке РФФИ (проект № 20-05-00357 A).The research was supported by RFBR (20-05-00357 A).ReferencesAllegri L., Bella F., Della Monica G., Ermini A., Improta S., Sgrigna V., Biagi P.F., 1983. Radon and rilt anomalies detected before the Irpinia (south Italy) earthquake of November 23, 1980 at great distances from the epicenter. Geophysical Research Letters 10 (4), 269–272. https://doi.org/10.1029/gl010i004p00269.Allegri L., Bella F., Della Monica G., Ermini A., Improta S., Sgrigna V., Biagi P.F., 1983. Radon and rilt anomalies detected before the Irpinia (south Italy) earthquake of November 23, 1980 at great distances from the epicenter. Geophysical Research Letters 10 (4), 269–272. https://doi.org/10.1029/gl010i004p00269.Русский перевод: Методы прогноза землетрясений: их применение в Японии / Ред. Т. Асада. М.: Недра, 1984. 312 с.Asada T. (Ed.), 1982. Earthquake Prediction Techniques: Their Application in Japan. University of Tokyo Press, Tokyo, 317 p.Барсуков В.Л., Беляев А.А., Бакалдин Ю.А., Игумнов В.А., Ибрагимова Т.Л., Серебренников В.С., Султанходжаев А.Н. Геохимические методы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1992. 213 с.Barsukov V.L., Belyaev A.A., Bakaldin Yu.A., Igumnov V.A., Ibragimova T.L., Serebrennikov V.S., Sultankhodzhaev A.N., 1992. Geochemical Methods for Earthquake Forecasting. Nauka, Moscow, 213 p. (in Russian)Барсуков В.Л., Беляев А.А., Серебренников В.С. Вестники беды (о поиске средств геохимического прогноза землетрясений). М.: Наука, 1989. 136 с.Barsukov V.L., Belyaev A.A., Serebrennikov V.S., 1989. Precursors of Disaster (Search for Means of Geochemical Forecasting of Earthquakes). Nauka, Moscow, 136 p. (in Russian)Barsukov V.L., Varshal G.M., Garanin A.V., Zamokina N.S., 1985. The significance of hydrogeochemical methods for short-term earthquake prediction. In: Hydrogeochemical precursors of earthquakes. Nauka, Moscow, p. 3–16 (in Russian) [Барсуков В.Л., Варшал Г.М., Гаранин А.В., Замокина Н.С. Значение гидрогеохимических методов для краткосрочного прогноза землетрясений // Гидрогеохимические предвестники землетрясений. М.: Наука, 1985. С. 3–16Barsukov V.L., Varshal G.M., Garanin A.V., Zamokina N.S., 1985. The significance of hydrogeochemical methods for short-term earthquake prediction. In: Hydrogeochemical precursors of earthquakes. Nauka, Moscow, p. 3–16 (in Russian)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.Добровольский И.П. Математическая теория подготовки и прогноза тектонического землетрясения. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2009. 240 с.Dobrovolsky I.P., 2009. Mathematical Theory of Preparation and Prediction of Tectonic Earthquake. FIZMATLIT, Moscow, 240 p. (in Russian)Фирстов П.П., Макаров Е.О. Реакция подпочвенного и растворенного в подземных водах радона на изменение напряженно-деформированного состояния земной коры // Сейсмические приборы. 2015. Т. 51. № 4. С. 58–80Firstov P.P., Makarov E.O., 2015. Reaction of radon in soil and groundwater to stress-strain state of the Earth’s crust. Seismic Instruments 51 (4), 58–80 (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.Gol’din S.V., Dyad’kov P.G., Dashevskii Y.A., 2001. The South Baikal geodynamic testing ground: strategy of earthquake prediction. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 42 (10), 1484–1496.Gol’din S.V., Dyad’kov P.G., Dashevskii Y.A., 2001. The South Baikal geodynamic testing ground: strategy of earthquake prediction. Geologiya i Geofizika (Russian Geology and Geophysics) 42 (10), 1484–1496.Грацинский В.Г., Горбушина Л.В., Тыминский В.Г. О выделении радиоактивных газов из образцов горных пород под воздействием ультразвука // Физика Земли. 1967. № 10. С . 91–94Gratsinsky V.G., Gorbushina L.V., Tyminsky V.G., 1967. On the release of radioactive gases from rock samples under the influence of ultrasound. Fizika Zemli (10), 91–94 (in Russian)Igarashi G., Wakita H., 1990. Groundwater radon anomalies associated with earthquakes. Tectonophysics 180 (2–4), 237–254. https://doi.org/10.1016/0040-1951(90)90311-u.Igarashi G., Wakita H., 1990. Groundwater radon anomalies associated with earthquakes. Tectonophysics 180 (2–4), 237–254. https://doi.org/10.1016/0040-1951(90)90311-u.Карта разломов юга Восточной Сибири. Масштаб 1:1500000 / Ред. П.М. Хренов. Л.: ВСЕГЕИ, 1982Khrenov P.M. (Ed.), 1982. Map of Faults of Southern East Siberia. Scale 1:1500000. VSEGEI, Leningrad (in Russian)Киссин И.Г. Высокоамплитудные предвестники землетрясений и «чувствительные зоны» земной коры // Физика Земли. 1988. № 6. С. 3–13Kissin I.G., 1988. High-amplitude precursors of earthquakes and ‘sensitive crustal zones’. Fizika Zemli (6), 3–13 (in Russian)Киссин И.Г. Гидрогеологический мониторинг земной коры // Физика Земли. 1993. № 8. С. 58–69Kissin I.G., 1993. Hydrogeological monitoring of the Earth’s crust. Fizika Zemli (8), 58–69 (in Russian)Kissin I.G., 1997. Relations between forerunners of earthquakes and postseismic effects. Transactions (Doklady) of the Russian Academy of Sciences / Earth Science Sections 355 (5), 736–739.Kissin I.G., 1997. Relations between forerunners of earthquakes and postseismic effects. Transactions (Doklady) of the Russian Academy of Sciences / Earth Science Sections 355 (5), 736–739.Киссин И.Г. Флюиды в земной коре: геофизические и тектонические аспекты. М.: Наука, 2009. 328 с.Kissin I.G., 2009. Vibes in the Earth’s Crust: Geophysical and Tectonic Aspects. Nauka, Moscow, 328 p. (in Russian)Kissin I.G., Grinevsky A.O., 1990. Main features of hydrogeodynamic earthquake precursors. Tectonophysics 178 (2–4), 277–286. https://doi.org/10.1016/0040-1951(90)90154-z.Kissin I.G., Grinevsky A.O., 1990. Main features of hydrogeodynamic earthquake precursors. Tectonophysics 178 (2–4), 277–286. https://doi.org/10.1016/0040-1951(90)90154-z.Круподеров В.С., Куликов Г.В. О методологии краткосрочного прогноза землетрясений // Разведка и охрана недр. 2008. № 8. С. 44–48Krupoderov V.S., Kulikov G.V., 2008. On the methodology of short-term earthquake forecasting. Subsoil Exploration and Protection (8), 44–48 (in Russian)Маренный А.М., Цапалов А.А., Микляев П.С., Петрова Т.Б. Закономерности формирования радонового поля в геологической среде. М.: Изд-во «Перо», 2016. 394 с.Marenny A.M., Tsapalov A.A., Miklyaev P.S., Petrova T.B., 2016. Regularities of Formation of Radon Field in Geological Medium. Pero Publishing House, Moscow, 394 p. (in Russian)Методика измерений содержания радия и радона в природных водах. М.: НТЦ «Нитон», 1993. 6 с.Methodology for Measuring Radium and Radon Concentrations in Natural Waters. 1993. RTC Niton, Moscow, 6 p. (in Russian)Mogi K., 1985. Earthquake Prediction. Academic Press, Tokyo, 355 p.Mogi K., 1985. Earthquake Prediction. Academic Press, Tokyo, 355 p.Прасолов Э.М. Изотопная геохимия и происхождение природных газов. Л.: Недра, 1990. 283 с.Prasolov E.M., 1990. Isotopic Geochemistry and Origin of Natural Gases. Nedra, Leningrad, 283 p. (in Russian)Раутиан Т.Г. Об определении энергии землетрясений на расстоянии до 3000 км // Труды ИФЗ АН СССР. 1964. № 32 (199). С. 88–93Rautian T.G., 1964. On determining the energy of earthquakes at a distance up to 3000 km. Proceedings of the Institute of Physics of the Earth, USSR Acad. Sci. 32 (199), 88–93 (in Russian)Rikitake T., 1976. Earthquake Prediction. Elsevier, Amsterdam, 357 p.Rikitake T., 1976. Earthquake Prediction. Elsevier, Amsterdam, 357 p.Рябинин Г.В., Хаткевич Ю.М. Морфологическая типизация и анализ гидрогеохимических предвестников землетрясений (на примере юго-восточной части полуострова Камчатка) // Геофизический мониторинг и проблемы сейсмической безопасности Дальнего Востока России: Труды региональной научно-технической конференции. Т. 2 / Ред. В.Н. Чебров, В.А. Салтыков. Петропавловск-Камчатский: ГС РАН, 2008. С. 49–53Ryabinin G.V., Hatkevich Yu.M., 2008. Morphological types and analysis of hydrogeochemical precursors of earthquakes (case of the southeastern Kamchatka Peninsula). In: V.N. Chebrov, V.A. Saltykov (Eds), Geophysical monitoring and problems of seismic safety in the Russian Far East. Proceedings of the Regional Scientific and Technical Conference. Vol. 2. GS RAS, Petropavlovsk-Kamchatsky, p. 49–53 (in Russian)Рябинин Г.В., Кузьмин Ю.Д. Гидрогеохимический мониторинг сейсмотектонических процессов на Камчатке. Современное состояние, результаты, перспективы развития // Сейсмологические и геофизические исследования на Камчатке / Ред. Е.И. Гордеев, В.Н. Чебров. Петропавловск-Камчатский: Новая книга, 2012. С. 211–235Ryabinin G.V., Kuzmin Yu.D., 2012. Hydrogeochemical monitoring of seismotectonic processes in Kamchatka. Current state, results, development prospects. In: E.I. Gordeev, V.N. Chebrov (Eds.), Seismological and geophysical studies in Kamchatka. Novaya Kniga, Petropavlovsk-Kamchatsky, p. 211–235 (in Russian)Семенов Р.М. Землетрясение 27.08.2008 года на юге Байкала и его предвестники // Геодинамика и тектонофизика. 2010. Т. 1. № 4. С. 441–447 https://doi.org/10.5800/GT-2010-1-4-0028.Semenov R.M., 2010. Earthquake of 27 August 2008 in the Southern Baikal area and its precursors. Geodynamics & Tectonophysics 1 (4), 441–447 (in Russian) https://doi.org/10.5800/GT-2010-1-4-0028.Semenov R.M., Lopatin M.N., 2013. Search for short-term precursors of earthquakes in Southern Pribaikalie. Bulletin of the Irkutsk State University. Earth Science Series 6 (1), 183–189 (in Russian) [Семенов Р.М., Лопатин М.Н. Поиск краткосрочных предвестников землетрясений в Южном Прибайкалье // Известия Иркутского государственного университета. Серия Науки о Земле. 2013. Т. 6. № 1. С. 183–189Semenov R.M., Lopatin M.N., 2013. Search for short-term precursors of earthquakes in Southern Pribaikalie. Bulletin of the Irkutsk State University. Earth Science Series 6 (1), 183–189 (in Russian)Semenov R.M., Smekalin O.P., 2011. The large earthquake of 27 August 2008 in Lake Baikal and its precursors. Russian Geology and Geophysics 52 (4), 405–410. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.03.003.Semenov R.M., Smekalin O.P., 2011. The large earthquake of 27 August 2008 in Lake Baikal and its precursors. Russian Geology and Geophysics 52 (4), 405–410. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2011.03.003.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) [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.Шабынин Л.Л., Найдич В.И., Новиков В.М. О механизме формирования гидрогеохимических предвестников землетрясений // Гидрогеохимические исследования на прогностических полигонах: Тезисы докладов Всесоюзного совещания. Алма-Ата: Наука, 1983. С. 99–101Shabynin L.L., Naidich V.I., Novikov V.M., 1983. On the mechanism of formation of hydrogeochemical precursors of earthquakes. In: Hydrogeochemical studies at prognostic polygons. Abstracts of the All-Union Meeting. Nauka, Alma-Ata, p. 99–101 (in Russian)Сидорин А.Я. Зависимость времени проявления предвестников землетрясений от эпицентрального расстояния // Доклады АН СССР. 1979. Т. 245. № 4. С. 825–828Sidorin A.Ya., 1979. Dependence of the time of manifestation of earthquake precursors on epicentral distance. Doklady AN SSSR 245 (4), 825–828 (in Russian)Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313 с.Sobolev G.A., 1993. Fundamentals of Earthquake Prediction. Nauka, Moscow, 313 p. (in Russian)Тыминский В.Г. Геохимические предвестники землетрясения // Природа. 1979. № 2. С. 46–47Tyminsky V.G., 1979. Geochemical precursors of an earthquake. Priroda (Nature) (2), 46–47 (in Russian)Уломов В.И., Мавашев Б.З. О предвестнике сильного тектонического землетрясения // Доклады АН СССР. 1967. Т. 176. № 2. С. 319–321Ulomov V.I., Mavashev B.Z., 1967. On a precursor of a strong tectonic earthquake. Doklady AN SSSR 176 (2), 319– 321 (in Russian)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 (9), 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 (9), 775–784. https://doi.org/10.1134/S1069351306090072.Vartanyan G.S., 2000. Fluidosphere, geodynamic filtration and formation of fracture permeability during subsidence of sedimentary strata. Geology, Methods of Prospecting, Exploration and Evaluation of Deposits of Fuel and Energy Raw Materials (6), 33 p. (in Russian) [Вартанян Г.С. Флюидосфера, геодинамическая фильтрация и формирование трещинной проницаемости в ходе погружения осадочных толщ // Геология, методы поисков, разведки и оценки месторождений топливно-энергетического сырья. 2000. № 6. 33 с.Vartanyan G.S., 2000. Fluidosphere, geodynamic filtration and formation of fracture permeability during subsidence of sedimentary strata. Geology, Methods of Prospecting, Exploration and Evaluation of Deposits of Fuel and Energy Raw Materials (6), 33 p. (in Russian)Войтов Г.И., Попов Е.А. Геохимический прогноз землетрясений // Природа. 1989. № 12. С. 60–64Voitov G.I., Popov E.A., 1989. Geochemical prediction of earthquakes. Priroda (Nature) (12), 60–64 (in Russian)Wyss M., Aceves R.L., Park S.K., Geller R.J., Jackson D.D., Kagan Y.Y., Mulargia F., 1997. Cannot earthquakes be predicted? Science 278 (5337), 487–490. https://doi.org/10.1126/science.278.5337.487.Wyss M., Aceves R.L., Park S.K., Geller R.J., Jackson D.D., Kagan Y.Y., Mulargia F., 1997. Cannot earthquakes be predicted? Science 278 (5337), 487–490. https://doi.org/10.1126/science.278.5337.487.Яницкий И.Н. Гелиевая съемка. М.: Недра, 1979. 96 с.Yanitsky I.N., 1979. Helium Survey. Nedra, Moscow, 96 p. (in Russian)

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