ESTIMATES OF RELATIONSHIP BETWEEN THE DYNAMICS OF GEOPHYSICAL PARAMETERS AND THE STRESS-STRAIN STATE OF GEOENVIRONMENT

The RAS Research Station started geodynamical research at the Bishkek Geodynamic Test Area (BGTA) in 1980s. This test area is located in the Northern Tien Shan, one of most seismically active zones of Central Asia. The distribution patterns of crustal deformation in space and time are investigated by a complex of geophysical, seismological and geodesic methods. Long-offset transient electromagnetic (LOTEM) technique is an important component of the geophysical research carried out at BGTA with the focus on forecasting of seismic activity dynamics. LOTEM is considered to be one of the most informative methods for obtaining data on multilayered conductive anisotropic geologic environment. This article presents the results of integrated interpretation of LOTEM sounding data recorded at permanent electro-magnetic monitoring stations, Ak-Suu and Shavai. The time series of specific electrical resistance are analyzed to reveal a correlation with the stress-strain state of the geologic environment and seismic process in the study region in the period from January 2016 to October 2018. It is established that the deformation process taking place at a depth of more than 8.0 km is reflected in the time series of specific electrical resistance in the form of bay-shaped negative variations. A decrease of apparent resistance is observed when the receiver dipoles of the measurement unit are arranged in the meridian (N-S) direction. The periods of compression in the submeridional direction coincide with the periods with the highest density of seismic events. A comparison of earthquake hypocenter locations against the topographic relief and the data on regional faults shows the maximum density of hypocenters at the axial parts of Northern Tien Shan ridges.

1. Bataleva E.A., Mukhamadeeva V.A., 2018. Complex Electromagnetic Monitoring of Geodynamic Processes in the Northern Tien-Shan (Bishkek Geodynamic Test Area). Geodynamics & Tectonophysics 9 (2), 461−487 (in Russian) [Баталева Е.А., Мухамадеева В.А. Комплексный электромагнитный мониторинг геодинамических процессов Северного Тянь-Шаня (Бишкекский геодинамический полигон) // Геодинамика и тектонофизика. 2018. Т. 9. № 2. С. 461−487]. https://doi.org/10.5800/GT-2018-9-2-0356.

2. Bogomolov L., Bragin V., Fridman A., Makarov V., Sobolev G., Polyachenko E., Schelochkov G., Zeigarnik V., Zubovich A., 2007. Comparative Analysis of GPS, Seismic and Electromagnetic Data on the Central Tien Shan Territory. Tectonophysics 431 (1–4), 143–151. https://doi.org/10.1016/j.tecto.2006.05.043.

3. Bragin V.D., 2001. Active Electromagnetic Monitoring of the Bishkek Prognostic Test Area. PhD Thesis (Candidate of Physics and Mathematics). Moscow, 135 p. (in Russian) [Брагин В.Д. Активный электромагнитный мониторинг территории Бишкекского прогностического полигона: Дис. … канд. физ.-мат. наук. М., 2001. 135 с.].

4. Bragin V.D., 2011. Seismic Studies of the Effects Caused by Powerful Industrial Explosion around the Naryn Cascade of Hydroelectric Power Stations (Kambarata). Bulletin of the Kyrgyz-Russian Slavic University 11 (4), 46–53 (in Russian) [Брагин В.Д. Электромагнитные исследования эффектов, обусловленных мощным промышленным взрывом в районе Нарынского каскада гидроэлектростанций (Камбарата) // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2011. Т. 11. № 4. С. 46–53].

5. Bragin V.D., 2018. Spectra and Correlation Functions of Signals of Electroimpulse Sounding of the Earth Crust. Bulletin of the Kyrgyz-Russian Slavic University 18 (8), 44–48 (in Russian) [Брагин В.Д. Спектры и корреляционные функции сигналов электроимпульсного зондирования земной коры // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2018. Т. 18. № 8. С. 44–48].

6. Bragin V.D., Mukhamadeeva V.A., 2009. Study of Variations in the Anisotropy of Electrical Resistance in the Crust at the Bishkek Geodynamic Test Area. In: Geodynamics of Intracontinental Orogens and Geoecological Problems. Materials of the Fourth International Symposium (June 15– 20, 2008). Issue 4. Moscow – Bishkek, 74–84 (in Russian) [Брагин В.Д., Мухамадеева В.А. Изучение вариаций анизотропии электрического сопротивления в земной коре на территории Бишкекского геодинамического полигона // Геодинамика внутриконтинентальных орогенов и геоэкологические проблемы: Сборник материалов четвертого международного симпозиума 15–20 июня 2008 г. Москва – Бишкек, 2009. № 4. С. 74–84].

7. Bragin V.D., Volykhin A.M., Trapeznikov Yu.A., 1992. Electrical Resistivity Variations and Moderate Earthquakes. Tectonophysics 202 (2–4), 233–238. https://doi.org/10.1016/0040-1951(92)90107-H.

8. Cardador M.H., Cuevas A.L., Watanabe H., Saito A., Wada K., Ishikawa H., Okuzumi K., 2003. Experimental Evaluation of Hydrocarbon Detection with the Long-Offset Time-Domain Electromagnetic Method in the Cretaceous Carbonates of the Tampico–Misantla Basin, Mexico. Journal of Applied Geophysics 52 (2), 103–122. https://doi.org/10.1016/S0926-9851(02)00243-4.

9. Laverov N.P., Makarov V.I. (Eds), 2005. Recent Geodynamics of Intracontinental Areas of Collision Mountain Building (Central Asia). Nauchny Mir, Moscow, 400 p. (in Russian) [Современная геодинамика областей внутриконтинентального коллизионного горообразования (Центральная Азия) / Ред. Н.П. Лаверов, В.И. Макаров. М.: Научный мир, 2005. 400 с.].

10. Nevedrova N.N., Rokhina M.G., Shalaginov A.E., Sanchaa A.M., 2016. Analysis of Longterm Observations by Method of Non-Stationary Electromagnetic Sounding (On the Example of the Seismoactive Zone Gorny Altai). Mining Informational and Analytical Bulletin (12), 190–212 (in Russian) [Неведрова Н.Н., Рохина М.Г., Шалагинов А.Е., Санчаа А.М. Анализ многолетних наблюдений методом нестационарного электромагнитного зондирования (на примере сейсмоактивной зоны Горного Алтая) // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 12. С. 190–212].

11. Rybin A.K., Bragin V.D., Tchelochkov G.G., 2016. Integrated Geodynamic Research of Research Station of RAS in Bishkek City. In: Modern Methods of Processing and Interpretation of Seismological Data. Proceedings of XI International Seismological Workshop (September 12–16, 2016, Cholpon-Ata). Obninsk, р. 119–133 (in Russian) [Рыбин А.К., Брагин В.Д., Щелочков Г.Г. Комплексные геодинамические исследования Научной станции РАН в г. Бишкеке // Современные методы обработки и интерпретации сейсмологических данных: Материалы XI Международной сейсмологической школы (12–16 сентября 2016 г., Чолпон-Ата). Обнинск, 2016.

12. Strack K.M., Vozoff K., 1996. Integrating Long-Offset Transient Electromagnetics (LOTEM) with Seismics in an Exploration Environment. Geophysical Prospecting (44), 997–1017. https://doi.org/10.1111/j.1365-2478.1996.tb00188.x.

13. Sverdlik L.G., 2018. Anomalous Variations of Earth Crust Electrical Characteristics and Thermic State of Atmosphere. Bulletin of the Kyrgyz-Russian Slavic University 18 (8), 187– 193 (in Russian) [Свердлик Л.Г. Аномальные вариации электрических характеристик земной коры и термического состояния атмосферы // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2018. Т. 18. № 8. С. 187–193].

14. Sverdlik L.G., 2019. Short-Period Variations of Specific Electric Resistance of Earth Crust. Bulletin of the KyrgyzRussian Slavic University 19 (4), 143–149 (in Russian) [Свердлик Л.Г. Короткопериодные вариации удельного электрического сопротивления земной коры // Вестник Кыргызско-Российского славянского университета. 2019. Т. 19. № 4. С. 143–149].

15. Vanyan L.L., 1966. Transient of an Electromagnetic Field and Its Use for Solving Structural Geology Problems. Nauka, Novosibirsk, 106 p. (in Russian) [Ваньян Л.Л. Становление электромагнитного поля и его использование для решения задач структурной геологии. Новосибирск: Наука, 1966. 106 с.].

16. Volikhin A.M., Bragin V.D., Zubovich A.V., Koshkin N.A., Trapeznikov Yu.A., 1993. The Manifestation of Geodynamic Processes in Geophysical Fields. Nauka, Moscow, 158 p. (in Russian) [Волыхин А.М., Брагин В.Д., Зубович А.В., Кошкин Н.А., Трапезников Ю.А. Проявление геодинамических процессов в геофизических полях. М.: Наука, 1993. 158 с.].