Файл: Уломов, В. И. Динамика земной коры Средней Азии и прогноз землетрясений.pdf

гидрогеохимии (Ulomov et al., 1967; Sadovsky, IJlomov et al., 1972;

Уломов, Мавашев, 1967; Уломов, 1968; и др.).

Землетрясения вызываются преимущественно резкими сдви­ говыми перемещениями горных пород в недрах земной коры или в более глубоких горизонтах, что обусловлено предельно накопив­ шимися упругими напряжениями, которые в конечном итоге раз­ рушают твердую среду. Результаты геодезических и других деформографических исследований в эпицентральных зонах указы­

и определяет вариации количества инертного газа в термомине­ ральном бассейне. Ташкентская минеральная вода характеризу­

диффузией из капилляров породы, эманированием. Как установ­ лено, эманирование определяется в основном структурой породы, наличием в ней ходов, по которым радон, выделившийся из радия, попадает в окружающую среду. Интенсивному выделению радона, очевидно, способствуют разрушение кристаллических решеток ми­ нералов и развитие в породе сети капилляров (Вернадский, 1960).

Для изучения особенностей деформирования земной коры в области очага Ташкентского землетрясения и поиска возможных его предвестников нами были отобраны данные замеров содержа­ ния радона, полученные в 1956—1966 гг. в бальнеологических

182

целях Институтом курортологии и физиотерапии им. А. Н. Семаш­ ко. Пробы воды брались в устье глубокой скважины вблизи (1— 1,5 км) плейстосейстовой области Ташкентского землетрясения. Произведя соответствующую статистическую обработку неравно­ мерно расположенных во времени и не всегда равноценных дис­ кретных данных о концентрации радона, мы получили сведения

Рис. 57. Вариации радона (а, б), температуры и напора (в) термомине­

ральной воды:

а —перед Ташкентским землетрясением 1966 г.; б —во время его афтершоков: / —интенсивность

мирования сплошных сред позволил выделить четыре этапа

характеризуется накоплением упругих напряжений и механичес­ ким уплотнением пород в очаговой области готовящегося земле­ трясения (закрытие пор, мелких трещин, деформация менее твер­

183

дых включении и т. п.). Это способствует повышению порового давления и усилению растворения радона в термальной воде, по­ ступающей снизу по трещинам в своеобразную ловушку — арте­ зианский бассейн.

2. Второй этап (середина 1965 г.) соответствует интенсивным преимущественно сдвиговым упругим деформациям, которые воз­ никают вслед за предельным механическим уплотнением пород и, вероятно, сопровождаются нарушением кристаллических реше­ ток минералов, возникновением ультразвуковых колебании, рас­ тяжением пород и появлением в них новых трещин, заполняю­ щихся водой. В результате в течение трех-четырех месяцев кон­ центрация радона в ювенильной воде быстро возрастает и почти достигает 15 эман, что примерно в 2,5 раза больше уровня 1956 г. (5—6 эман).

3. Третий этап (конец 1965 — начало 1966 гг.) включает в се­ бя квазипластическое течение (деформацию) обводненных горных масс и характеризуется стабилизацией поступления радона. Этот

способствующих, в конечном итоге, восстановлению упругого рав­ новесия в области очага и прежнего режима поступления в арте­ зианский бассейн глубинных вод, а, следовательно, и радона.

Полученная нами кривая содержания радона аналогична по конфигурации графикам деформации земной поверхности, пост­ роенным по геодезическим данным в эпицентральиых зонах силь­ ных землетрясений (Tsubokawa et al.. 1965; Hayashi, 1956; Mescherikov, 1968 и др.). В нашем случае продолжительному прогности­ ческому «геодезическому» этапу ß соответствуют II и III этапы, а IV совпадает с «геодезическим» этапом у. Вековые движения а в вариациях радона, видимо, соответствуют этапу I и интервалу времени до 1958 г.

Как показывают результаты геодезических наблюдений, ха­ рактер медленных прогностических движений земной поверхности

(ß) и относительно быстрых перемещений ее после землетрясения (у) может быть самым разнообразным и зависит, по-видимому, от механизма очага землетрясения и степени локальной раздроб­ ленности земной коры. Иными словами, движения ß и у могут быть как положительными, так и отрицательными, т. е. соответ­ ственно выражаться в подъеме или опускании земной поверхнос­ ти. Точно так же не исключена негативная конфигурация и кривой содержания радона до и после землетрясения.

Отсутствие частых замеров концентрации радона в течение первых трех месяцев после Ташкентского землетрясения не по­

184

зволяет выявить вполне возможные колебания газового компонен­ та, обусловленные быстрым дроблением пород, и свидетельствует лишь об общем спаде содержания радона в период наиболее силь­ ных повторных сейсмических толчков.

В результате организации в 1966 г. более частых замеров уда­ лось установить, что незадолго до сильных повторных толчков (К = 9—11) в ряде случаев также наблюдалось заметное увеличе­ ние концентрации радона в термоминеральной воде (см. рис. 57 б). Так, в ночь с 14 на 15 марта 1967 г. содержание радона резко повысилось с 6 до 12 эман, продержалось на этом уровне в тече­ ние недели, а 24 марта, т. е. спустя более восьми месяцев после сильных июньских и июльских афтершоков 1966 г., произошел почти 7-балльный повторный толчок (К=10—11). Затем концен­ трация радона стала резко варьировать в диапазоне от 4 до 20 эман, приближаясь к нормальному уровню. Сходная картина наблюдалась и во время более слабых толчков. Не исключено, что в случае афтершоков механизм поступления радона в артези­ анский бассейн несколько иной. В частности, увеличение концен­ трации инертного газа в термальной воде может быть вызвано звуковым п ультразвуковым излучением, возникающим в очаге при микропотрескивании пород и разрушении зерен минералов (Андреев и др., 1960; Грацннский и др., 1967 и др.).

Независимо от природы обогащения подземных вод у радона есть ряд свойств, которые можно использовать при поисках мето­ дов прогнозирования землетрясений. Радон (как инертный газ) по пути к поверхности Земли не вступает ни в какие химические реакции. Это радиоактивный элемент, имеющий короткую жизнь: период его полураспада немного больше трех с половиной суток. Благодаря этому радон можно использовать для наблюдения за относительно быстро меняющимися во времени современными предсейсмическими тектоническими движениями.

В результате обследования эпицентральной области 8—9-бал- льного землетрясения в районе Пржевальска (1970 г.) нами вы­ явлены и другие прогностические возможности гидросейсмичес­ кого метода (Уломов, 1971; Sadovsky, Ulomov et al., 1972). Соб­ раны и проанализированы данные о режиме минеральной воды, изливающейся из скважин курорта «Джеты-Огуз», расположен­ ного в 30 км к западу от эпицентральной области землетрясения. Предшествующие землетрясению (стрелки на рисунке 57 в) ано­ малии гидрорежима проявились в существенном увеличении на­ пора и температуры воды двух неглубоких (до 200 м) скважин курорта. Обе аномалии возникли примерно за два месяца до зем­ летрясения. Аналогичная аномалия наблюдалась и в концентра­ ции радона (Уломов, 1971).

Благодаря нашим исследованиям гидросейсмические (или сейсмогидрологические) методы включены в программу по поиску предвестников землетрясений, а в Институте сейсмологии АН УзССР в 1967 г. создана специализированная гидрогеохимичес­

185-

кая лаборатория. В результате изучения вариаций режима тер­ мальной воды Ташкентского артезианского бассейна обнаружены и другие изменения в химическом и газовом составе воды, выз­ ванные землетрясением. Предложен способ контроля за измене­ нием степени деформирования горных пород в их естественном за­ легании (Уломов, Кравцов и др., 1972)

В заключение следует отметить, что гидросейсмологические ис­ следования последнего десятилетия указывают на существенную роль воды в формировании самих очагов землетрясений. Так, ди­ намичность тектонической обстановки зависит от соотношения гидростатического и норового давления в породах. Повышение порового давления, например, в районах современной тектоничес­ кой активности заметно ослабляет прочность пород, приводит к развитию микро- и макротрещин, а в конечном итоге — и к зем­ летрясению. К подобным проявлениям сейсмичности относятся, прежде всего, техногенные землетрясения, возникновение которых обусловлено деятельностью человека. Можно привести целый ряд примеров повышения сейсмической активности участков земной коры и возникновения сильных землетрясений в связи с создани­ ем крупных искусственных водоемов (около плотин в США, Гре­ ции, Италии, Индии, Родезии, Новой Зеландии) и с закачкой хи­ мических растворов в глубокие скважины (США). Это создает не только дополнительную нагрузку, деформирующую земную кору, но и существенно повышает давление жидкости в зоне дробления пород местных тектонических разломов (Hubbert, Rubey, 1959; Ewans, 1964; Леггет, 1969; и др.).

Проблема сейсмических явлений, связанных с заполнением крупных водохранилищ, рассматривается в настоящее время в международном масштабе (ЮНЕСКО, Международная ассоциа­ ция по сейсмологии и физике недр Земли и др.).

На территории Ташкентского геодинамического полигона по­ добные исследования ведутся в районе строительства Чарвакского гидроузла.

Итак, вода играет важную роль в динамике земной коры. Связь между землетрясениями и режимом подземных вод может быть прямой и обратной. В первом случае гидрорежимные изме­ нения происходят в результате землетрясения, во втором случае они предшествуют ему и даже могут быть его причиной.

Исследования режима подземных вод приобретают особое значение в связи с проблемой разработки методов предсказания землетрясений. Система скважина—водоносный горизонт может явиться надежным индикатором роста упругих напряжений и предварительных деформаций в области очага готовящегося зем­ летрясения. Изучение различных гидрорежимных изменений по­ зволит получить дополнительную информацию о физико-химичес­ ких и других процессах в очагах землетрясений.

186

Автоматизация сейсмологических наблюдений на Ташкентском геодинамическом полигоне

Развитие сейсмологических исследований и, в первую оче­

тальных наблюдений, техники регистрации и обработки получае­ мого материала. В связи с ростом объема информации, оператив­ ностью ее обработки и интерпретации возникает необходимость ав­ томатизации всей системы получения — обработки данных.

До недавнего времени основным направлением улучшения сейсмологической службы было конструирование новых все более чувствительных и точных приемников, действующих независимо друг от друга. Сейчас следует ориентироваться на создание целых систем устройств, обеспечивающих согласованное получение, ре­ гистрацию, сбор, хранение и переработку информации, которая должна быть совместно обработана и интерпретирована. В такой ситуации одним из наиболее перспективных направлений в сей­ смологических и других геофизических и геохимических исследо­ ваниях становится создание групп приемных устройств с центра­ лизованной регистрацией, оцифровкой информации в центре сбора

ивводом ее в вычислительную машину.

Внастоящее время в ряде стран уже существуют подобные группы, связанные с центром сбора кабелем или радиоканалом с

дискретной или непрерывной обработкой информации на ЭВМ. В нашей стране такие системы наблюдений только начинают раз­ виваться и в сейсмологической практике еще не применяются.

Организация Ташкентского геодинамического полигона поста-

. вила перед нами задачу создания в кратчайший срок и с наимень­ шими затратами постоянно действующей системы сейсмотелеметрических наблюдений (СТЕН) (Катренко, Уломов, 1972). Центр сбора данных (ЦСС «Ташкент») должен автоматически с помощью ЭВМ осуществлять поиск полезной информации и ее немедленную обработку. Конструирование системы СТЕН прежде всего бази­ ровалось на анализе ряда основополагающих принципов телемет­ рии: параметры информации, шумы и погрешности, способы пе­ редачи и их помехоустойчивость, дальность передачи и др. Для повышения точности, объема, простоты технической реализации и дальнейшей оцифровки передаваемой информации оптимальным был признан динамический диапазон 60 дцб. Частотный диапазон обусловлен сейсмологическими задачами и определен в 0,5—10 гц.

Сейсмотелеметрический канал частично состоит из промышлен­

фильтры, модулятор, демодулятор). В качестве сейсмоприемника используется снаряд типа СБУ-В в скважинном варианте наблю­ дений и сейсмоприемник СКМ — при наземных сейсмических

187