Эффекты сейсмических волн в изменениях уровня воды в скважине: экспериментальные данные и модели

Abstract

В скважине ЮЗ-5, Камчатка, в 1996–2017 гг. проводились прецизионные измерения уровня воды с периодичностью 5–10 мин. В полученном ряду данных выделены вариации уровня воды, вызванные прохождением сейсмических волн (гидрогеосейсмические вариации – ГГСВ) при 19-ти землетрясениях с Мw = 6.8–9.1, произошедших на эпицентральных расстояниях 80–14.6 тыс. км. С учетом морфологических особенностей ГГСВ выделены четыре их основных типа: колебания (I), наложение на колебания кратковременных (до десятков часов) повышений уровня воды (II), кратковременные повышения (III), длительные (1.5–3 мес.) понижения уровня воды (IV). Рассматривается зависимость проявления выделенных типов ГГСВ от параметров землетрясений (магнитуда, расстояние), величин удельной плотности энергии и максимальной скорости сейсмической волны, а также амплитудно-частотного состава движений грунта по записям на ближайшей сейсмостанции. На отдельных примерах рассмотрены гидрогеодинамические процессы формирования ГГСВ с использованием моделирования. Показано, что амплитудные вынужденные и свободные колебания уровня воды (типы I и II) могут возникать вследствие усиления вариаций давления подземных вод в системе “скважина–водовмещающая порода” при прохождении поверхностных сейсмических волн с периодами, соответствующими резонансной частоте скважины (τ = 44.6 с); повышение уровня в течение десятков минут–часов (типы II и III) вызывается кратковременным ростом давления при нарушении стационарных условий течения воды в области непосредственно примыкающей к стволу скважины; местные сильные землетрясения¸ сопровождающиеся сотрясениями с интенсивностью Imsk-64 ≥ 5 баллов, вызывают длительные понижения уровня воды (тип IV) вследствие падения давления с амплитудами до 0.1 бар в радиусе до первых сотен метров от скважины.