Динамический режим подземных вод Копетдагского сейсмоактивного региона Ишанкулиев, Гельды Аманкулиевич

Введение к работе

Актуальность работы. Изучение динамических процессов, протекающих в пределах твердой-оболочки Земли, является одной из проблемных задач современной фундаментальной науки. С ними связаны основополагающие знания об изменчивости окружающей среды и решение ряда практических задач. Особое значение в этом направлении имеет гидрогеодинамика земной коры, формирующейся под действием целого ряда основных факторов, наиболее изученными из которых являются климатические и техногенные. Особое значение в связи с этим представляет разработка проблемы формирования динамического режима подземных вод, обусловленного современными геодинамическими процессами на территории Туркменистана - одной из наиболее сейсмоактивных областей Центральной Азии. Теоретическая и практическая значимость проблемы определяется как поиском методов прогнозирования землетрясений, так и выяснением природы сейсмической активности земной коры, изменчивости сейсмической сотрясаемости территорий и вариаций геофизических полей.

Разработка методов прогноза; землетрясений в настоящее время сталкивается с большими трудностями, связанными с недостаточной изученностью закономерностей пространственно-временных вариаций тех или иных геофизических процессов, влиянием особенностей строения реальных сред, а также с недостаточно глубоким пониманием механизма реакции наблюдаемых полей на землетрясения и другие геодеформационные процессы. Многие геофизические методы геологоразведки переносятся на изучение динамических процессов в земной коре без должного модифицирования. Учитывая все имеющиеся в настоящее время парадигмы исследований по прогнозу землетрясений, была сформулирована цель работы - исследование особенностей структуры, основных закономерностей и механизма формирования реакции динамических показателей подземных вод на геодеформационны процессы в пределах Копетдагского сейсмоактивного региона.

Основные задачи исследования:

1. Выбор и адаптация методики экспериментальных исследований и обработки полученных новых данных.

2. Обобщение имеющейся гидрогеологической информации для анализа гидрогеодинамических процессов в периоды сейсмической активности.

3. Детальное количественное изучение основных факторов, определяющих тензочувствительность системы гидрогеодинамических наблюдений и определение потенциальных возможностей метода.

4. Определение степени влияния тектонических разломов на протекание гидрогеологических процессов в сейсмоактивных регионах.

5. Выявление особенностей реакции гидрогеодинамических показателей подземных вод на основные характеристики проявления сейсмичности и установление возможной роли флюидной фазы геологической среды в сейсмогенерации.

6. Выделение особенностей проявления аномальных изменений уровня подземных вод перёд землетрясениями и установление их механизма.

Научна:, новизна. Впервые проведено обобщение совокупности геодеформзционных факторов, определяющих динамический режим подземных вод конкретного сейсмоактивного региона. Впервые в регионе детально изучена тонкая структура временных вариаций уровня подземных вод. Получена зависимость между изменениями гидрогеодинамических показателей и интенсивностью проявления геодеформационных процессов, ранее носившая неопределенный характер. Впервые tu основе экспериментальных исследований количественно изучен характер тензочувствительности системы "скважина - водоносный горизонт". Впервые для региона выявлены особенности влияния активных тектони ческих разломов на проявление гидрогеодинамических эффектов..

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Трансмасштабные (в диапазоне деформаций. 10"⁹ - 10"⁵) закономерности тензочувствительности системы "наблюда-

тельная скважина - водоносный горизонт (зона)", заключающиеся в нелинейности ее реакции и являющиеся фундаментальной основой для постановки гидрогеодинамического мониторинга геодеформационных процессов.

2. Установленные пространственно-временные закономерности проявления гидрогеологического режима, обусловленные сейсмичностью Копетдагского региона, заключающиеся во влиянии эшщентрального расстояния и величины Деформаций на амплитуды гидрогеодинамических эффектов, а также зависимость времени релаксации гидрогеологических аномалий от маг-нитуды землетрясений. ,

3. Выявленные основные факторы, определяющие тензочув-ствительность системы "скважина -водоносныйгоризонт (зона)", такие как расстояние до т' атонического разлома, протяженность открытого ствола или фильтра и тип коллектора.

4. Классификация, локализованность в зонах активных тектонических разломов и основные механизмы формирования краткосрочных аномалий уровня подземных вод, обусловленных землетрясениями и геодеформационнымн процессами в Копет-дагском сейсмоактивном регионе. .

5. Выявленные особенности режима подземных вод в периоды различных форм проявлення сейсмической активности (аф-тершоков, роев землетрясений и др.). Активная роль гадрогеоди-

_%намшш в сейсмических процессах^

Практическая ценность иреализацияі работы. Автором получены новые представления о формировании гидрогеодинамического режима Копетдагского сейсмоактивного региона и развиты основы гидрогеологического мониторинга земной коры сей-смоопасных областей.

Основные положения диссертационной работы используются при разработке государственных заданий. Оперативная информация, получаемая иа пунктах гидрогеологических наблюдений, постоянно используется Республиканским экспертным советом по оценке сеймической опасности и прогнозу^землет-рясений Государственной комиссии Туркменистана по чрезвычайным ситуациям. В практику гидрогеодинамических наблюдений в.Копстдагском районе внедрены современные методы обработки с использованием ЭВМ и подходы интерпретации данных по уровню подземных вод на основе современных гео-

физических представлений. Результаты, полученные в диссертации, позволили совершенствовать методику наблюдений и обработки данных, что представляет возможность повысить достоверность интерпретации гидрогеофизической информации и ее использование в практике.

Некоторые результаты научно-методического характера, полученные при выполнении данной работы, используются при осуществлении режимных гидрогеодинамических наблюдений в Туркменистане Гидрогеологическим Трестом ПО "Турк-менгеология" и Комплексной опытно-методической сейсмологической экспедицией Института сейсмологии АН Туркменистана в целях выполнения государственных научно-технических заданий.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Республиканских научных конференциях молодых ученых и специалистов (Ашгабат, 1986; 1987; 1988), Всесоюзном совещании "Флюидоди-намический фактор в тектонике и нефтегазоносности осадочных бассейнов" (Ашгабат, 1987), Научно-практической конференции "Геологическая наука Туркменистана за 70 лет" (Ашгабат, 1987), на рабочем совещании Группы по гвдросейсмическим исследованием комиссии "Физика очага и прогноз землетрясений" МСССС АН СССР (Ташкент, 1988), на Научно-практической конференции профессорско-преподавательского состава Туркменского политехнического института (Агигабат, 1988; 1989; 1990), Всесоюзном семинаре по гидросейсмологическим предвестникам землетрясений (Ташкент, 1988), Всесоюзной выездной сессии Межведомственного совета по сейсмологии и сейсмостойкому строительству АН СССР (Ашгабат, 198Г), Всесоюзном семинаре "Роль подземной гидросферы в истории Земли" (Санкт-Петербург, 1989), Международном симпозиуме "Тепловал эволюция литосферы и ее связь с глубинными процессами" (Москва, 1989), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Гидрогеологические предвестники землетрясений и методика организации режимных наблюдений в сенсмоопасных районах" (Гурзуф, 1989), Всесоюзном совещании "Эндогенные процессы в зонах глубинных разломов" (Иркутск, 1989), Советско-китайском симпозиуме по прогнозу землетрясений (Гарм, 1990), Ш-м Всесоюзном совещании "Дегазация земли

и геотектоника" (Москва, 1991), ХИ-ом Межведомственном совещании по изучению современных движений земной коры на геодинамических полигонах (Ташкент, 1991), XVII-ой Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества (Эдинбург, Великобритания, 1992), ХХП-ой Генеральной Ассамблее Европейской сейсмологической комиссии (Прага, Чехия, 1992), 1-ом Казахстанско-кигайском симпозиуме по прогнозу землетрясений (Алмааты, Казахстан, 1992), XVI'11-оії Генеральной Ассамблее Европейского геофизического общества (Висбаден, ФРГ, 1993), Международном симпозиуме "Новые достижения геотермических измерений в скважинах" (Потсдам, ФРГ, 1993), Международном Региональном совещании "Постколлизионная тектоника і эволюции осадочных бассейнов в регионе между Кавказом иЗагросом", Всетуредкого совев^ания по наукам о Земле (Эрзрум, Турция, 1993), Международном симпозиуме по современным движениям земной коры (Кобе, Япония, 1993), Региональной сейсмологической ассамблее Южной Америки (г. Бразилия, Бразилия, 1994), 1-м Международном симпозиуме по деформациям в Tvpuiin (Стамбул, Турция. 1994), на научных семинарах ОИФЗ РАН, СПГУ, СПГИ, ИС АН РУз, ИС АН Т, ГИДРОКНГЕО Мингео РУз,.в Государственном сейсмологическом бюро СУАР КНР, Токийском и Киот-ском университетах Японии, Институте геофизики Технического университета г. Клаусталь-Цсллерфсльд, Институте геологин Боннского университета.

Основные результаты опубликованы в виде статей в журналах, трудах конференций, симпозиумов и семинаров. Перечень работ приводится в конце автореферата.

Фактический материал и личный вклад автора. Работа основа!га на экспериментальных данных гидродинамических исследований, выполненных автором в двух тензочувствительных к приливным деформациям скважинах, использовании измерений в трех скважинах режимной гидродинамической сети КОМСЭ ИС АН Туркменистана, выполненных в 1984- 1994 гг. под научно-методическим руководством автора, а также данные измерений по 2-15 скважинам гидродинамической сети, выполненных-специалистами Гидрогеологического Треста ПО "Турк-менгеология" в тесном сотрудничестве с автором с 1985 г. В ней выполнен анализ с единых подходов и обоба^ены результа-

ты гидрогеодшшмических измерений, проведенных в наблюдательных скважинах производственными геологическими организациями, и главным образом, данные режимных наблюдений, полученных в 1974-1984 гг. под руководством М. Р. Милькиса. Автором осуществлен выбор комплекса методов и проведена математическая обработка экспериментального материала. В случаях недостаточного количества экспериментальных данных автором привлекались опубликованные данные материалы других исследователей (организаций) на основе сотрудничества и публикации совместных работ со специалистами Гидрогеологического треста ПО "Туркменгеология", ОИФЗ РАН, Сейсмологического бюро КНР и Технического университета г. Клаусталь-Целлерфсльд ФРГ.

Соискателем самостоятельно осуществлена постановка цели и задач данной работы, проведены полевые эксперименты, поиск возможных материалов из фондовых и литературных источников, ранее не полностью подвергшихся анализу с единых подходов. Самостоятельно осуществлен выбор комплекса методов обработки с привлечением способов, выработанных после консультаций, и проведена обработка экспе риментального материала.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций базируется на большом фактическом материале, современных методах его обработки и анализа, а также сопоставлении с незаг-иекмыми данными по другим регионам.

Благодарности. Автор считает необходимым отметить постоянное внимание, помощь и консультации при проведении исследований, оказанные со стороны академика АНТ Т.А.Аширова и проф. И.Г. Киссина, которым выражает свою искреннюю признательность. Данная диссертационная работа является результатом многолетних исетедовагаш автора в руководимой им лаборатории Г^офліоїщодишишческііх исследований сейсмоактивных регионов. За помощь и совмесшую работу автор выражает свою, благодарность.сотрудникам этой лаборатории: Атаеву С, Бер-кёлиеву Т.К., Ишанкул'-еву Дли, Калуишой Н.П., Курбано-ву В.Т., Петрунішой Л.В., Розымурадову М.Д., а также Беликову В.М., Пурлиеву IG., Ишанкулиеву А.А. Ценные советы и замечания в процессе работы над диссертацией были получены автором от АвагиноваА.А., АтаеваА.К., Каррыева Б.С., Кузьми-

Кузьми-на Ю.О., Курбанова М.К. Важные аспекты работы обсуждались совместно с Барабановым В.Л., Войтовым Г.И., Вороновым А.Н., Гриневским А.О., Дзгобой А.А., Писарским Б.И., Ишанкулиевым Д.А., Ишанкуловым Р., Крымусом В.Н., Любушиным А.А., Мироненко В.А., Милькисом М.Р., Муха-медовым В.А., Николаевым А.В., Савиным И.В., Султанход-жаевым А.Н., Шестаковым В.М., G. Buntebarth, H-J. Kumpel, Н. Muller, S. Takemoto, Zang Wei, H. Wakita. Данное диссертационное исследование частично стало возможным благодаря субсидиям Национального Фонда Науки и Техники Туркменистана, Международного Научного Фонда, Германского Исследовательского Фонда, которым автор выражает свою благодарность.

Структура работы. Диссертация включает: введение, шесть глав, заключение, список использованной литературы из .... наименований и содержит..... страниц машинописного текста,.... иллюстраций и....таблиц.