Статистический анализ прецизионных данных наблюдений за уровнем подземных вод в сейсмоактивном регионе (на примере скважины ЮЗ-5, Камчатка)

Abstract

Представлен новый метод статистического анализа уровнемерных данных, нацеленный на выделение кратковременных возмущенных состояний наблюдательной скважины, на примере данных наблюдений в скважине ЮЗ-5, Восточная Камчатка. Используемые данные примечательны своей детальностью – интервал измерений уровня и атмосферного давления составлял 5 мин, чувствительность регистрации уровня воды 0.1 см, атмосферного давления – 0.1 гПа, а также тем, что в течение наблюдений в 2012–2018 гг. произошли пять сильных землетрясений с Mw=6.5–8.3 на эпицентральных расстояниях de=80–700 км. Применение факторного и кластерного анализа к последовательности многомерных векторов восьми статистических свойств ряда наблюдений за уровнем воды в последовательных временных окнах длиной 1 сут, после адаптивной компенсации влияния атмосферного давления, позволило выделить четыре различных статистически значимых состояния временного ряда, между которыми происходят переключения во времени. Три из выделенных состояний временного ряда, проявляющиеся с суммарной вероятностью 0.987, рассматриваются в качестве фоновых. Геофизическая интерпретация проявлений “аномального” состояния временного ряда уровня воды, возникающего с вероятностью 0.013, проводится в сопоставлении с сильными землетрясениями, техническими условиями наблюдений и другими факторами. Показано, что применение представленного метода обработки экспериментальных данных позволяет выделять скрытые в шуме кратковременные аномалии гидрогеодинамического режима скважины, что является существенным дополнением к традиционной обработке уровнемерных данных, нацеленной в основном на выделение низкочастотного тренда в изменениях уровня воды. Представленный метод может найти применение в задачах геофизического мониторинга сейсмоактивных территорий и поиска предвестников землетрясений при оперативной обработке данных уровнемерных наблюдений в скважинах.