ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТОВ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ В ИЗМЕНЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД: АППАРАТУРА И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ В СКВАЖИНАХ ПОЛУОСТРОВА КАМЧАТКА

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., М_w=6.6, произошедшим на эпицентральном расстоянии 350 км от скважины.

1. Барабанов 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеосейсмические вариации уровня воды в скважинах Камчатки. Петропавловск-Камчатский: Камчатпресс, 2019b. 144 с.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Wang Ch.-Y., Manga M., 2021. Water and Earthquakes. Springer, Switzerland, 387 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-64308-9.