Гидрогеодинамические эффекты землетрясений в системе "скважина-водовмещающая порода"

• Автор: Болдина, Светлана Васильевна
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Петропавловск-Камчатский
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ГИДРОГЕОСЕЙСМИЧЕСКИЕ ВАРИАЦИИ УРОВНЯ ВОДЫ В ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКИХ СКВАЖИНАХ, ИХ ТИПИЗАЦИЯ И
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
1.1. Характеристика наблюдательных скважин и системы уровнемерных наблюдений
1.2. Гидрогеосейс.мические вариации уровня воды в скважинах и их типизация .
1.3. Теоретические модели формирования гидрогеосейсмических вариаций
уровня воды в скважинах
1.3.1. Формирование косейсмических скачков уровня воды в скважине
при образовании разрывов в очагах землетрясений
1.3.2. Гидрогеодинамические предвестники
1.3.3. Осцилляции уровня воды в скважине при прохождении сейсмических волн .
1.3.4. Длительное постсейсмическое понижение уровня воды в скважине
1.4. Выводы
Глава 2. ОЦЕНКА УПРУГИХ И ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОДОВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД, ВСКРЫТЫХ
СКВАЖИНАМИ ЮЗ-5, 1303, 1309 И Е-
2.1. Барометрический анализ уровня воды в скважинах
2.2. Оценка приливного отклика уровня воды в скважинах
2.3. Оценка упругих и фильтрационных свойств водовмещающих
пород по данным уровнемерных наблюдений на скважинах
2.4. Оценка инерционного эффекта водообмена между скважиной
и вскрытыми ею водовмещающими породами
2.5. Выводы
Глава 3. ПРОЦЕССЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОСЕЙСМИЧЕСКИХ ВАРИАЦИЙ УРОВНЯ ВОДЫ В СИСТЕМАХ «СКВАЖИНА -ВОДОВМЕЩАЮЩАЯ ПОРОДА» НА ПРИМЕРЕ
СКВАЖИН ЮЗ-5 И 1
3.1. Моделирование эффекта сейсмического воздействия на поведение системы «скважина - водовмещающая порода» при прохождении
сейсмических волн от удаленных сильных землетрясений

3.2. Моделирование длительного постсейсмического понижения
уровня воды в скважинах
3.3. Оценка косейсмической деформации водовмещающих пород в
скважине ЮЗ-5 при образовании разрывов в очагах землетрясений
3.4. Гидрогеодинамический предвестник Кроноцкого землетрясения
в скважине ЮЗ-
3.5. Выводы
Глава 4. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОСЕЙСМИЧЕСКИХ ВАРИАЦИЙ УРОВНЯ ВОДЫ В
СИСТЕМЕ «СКВАЖИНА - ВОДОВМЕЩАЮЩАЯ ПОРОДА»
4.1. Анализ и интерпретация результатов наблюдений на скважинах ЮЗ-5 и 1309 .
4.2. Анализ и интерпретация результатов наблюдений на скважине Е-
4.3. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Объект исследования - гидрогеодинамические процессы в системе «скважина -водовмещающая порода» при воздействии землетрясений и процессов их подготовки.
Предмет исследования - обоснование и реализация на примере отдельных скважин комплекса методов обработки и интерпретации данных уровнемерных наблюдений в целях повышения их информативности для геофизического мониторинга и оценки изменений напряженно-деформированного состояния (НДС) среды сейсмоактивных регионов под влиянием факторов сейсмичности.
Актуальность. Уровнемерные наблюдения в пьезометрических скважинах традиционно рассматриваются в качестве эффективного способа оценки вариаций напряженно-деформированного состояния верхних горизонтов земной коры, в т. ч. сейсмотектонической деформации на стадии подготовки сильных землетрясений [Киссин, 1993]. Например, отклик уровня воды на земные приливы показывает, что скважинные уровнемерные наблюдения могут быть использованы для обнаружения небольших деформаций в коре порядка 10"8—10"9. Обнаружение аномальных изменений уровня воды перед рядом сильных землетрясений [Roeloffs, 1988; Копылова, 2001, 2005, 2006; Wakita, 1975, 1981; King el al., 1999, 2000] позволяет предполагать существование
гидрогеодинамических предвестников, которые могут использоваться для сейсмического прогноза.
Несмотря на очевидную чувствительность систем «скважина - водовмещающая порода» к деформациям и хорошо разработанную теорию, описывающую взаимодействие между поровым давлением и упругой деформацией горных пород [Rice, Cleary, 1976], использование пьезометрических скважин для обеспечения количественных оценок вариаций НДС среды сейсмоактивных регионов довольно ограничено. Это связано с тем, что до настоящего времени не имеется полного объяснения разнообразия наблюдаемых откликов уровня воды в скважинах в результате воздействия землетрясений, а имеющиеся примеры проявления гидрогеодинамических предвестников весьма малочисленны. Имеются и другие нерешенные вопросы в использовании пьезометрических скважин в качестве деформографов. К таким вопросам, в частности, относится необходимость выяснения роли локальных гидрогеологических условий и особенностей отдельных скважин, включая различие упругих и фильтрационных свойств водовмещающих пород, при изучении откликов уровня воды при воздействии землетрясений и процессов их подготовки.

По данным уровнемерных наблюдений в 1987-1998 гг. в изменениях тренда уровня воды выявлены постсейсмические вариации в связи с тринадцатью местными землетрясениями с М = 5.8-7.8 на гипоцентральных расстояниях II =100-320 км [Копылова, 2001, 2008]. Постсейсмические изменения проявлялись в плавных
повышениях уровня воды с амплитудами 3.7-29.8 см и продолжительностью 9-90 сут при характерных значениях 1.5-2 мес. для землетрясений с М~7.
1.3. Теоретические модели формирования гидрогеосейсмичсских вариаций уровня воды в скважинах
Обнаружение различных типов вариаций уровня воды в скважинах в связи с землетрясениями требует объяснения их формирования на основе теоретических моделей гидрогеодинамических процессов в системе «скважина - водовмещающая порода» при сейсмических воздействиях.
1.3.1. Формирование косейсмических скачков уровня воды в скважине при образовании разрывов в очагах землетрясений
Образование разрывов в очагах сильных землетрясений сопровождается изменением статического напряженного состояния подовмещающих пород на расстояниях до десятков-первых сотен км. Такой эффект проявляется в косейсмических скачках повышения и понижения уровня воды в скважинах, которые регистрируются через секунды-первые десятки секунд после образования разрыва и фиксируют реакцию порового давления на упругое деформирование водовмещающих пород [Болдина, Копылова, 2008; Копылова, Стсблов, Болдина и др., 2010]. Амплитуды косейсмических скачков обычно составляют десятые доли-первые десятки см.
Проявление косейсмических скачков, а также наличие приливных вариаций уровня воды в отдельной скважине, могут рассматриваться в качестве показателей ее деформометрической чувствительности и информативности при проведении геофизического мониторинга сейсмоактивных территорий, направленного на диагностику сейсмотектонических сигналов, в т. ч. гидрогеодинамических предвестников землетрясений [ЯоеЫТз, 1988; Ко]а1асгсг, 1988; Кл^асяег, Ацпеу, 1989; Кисснн, 1993; Болдина, Копылова, 2008; Копылова, Стеблов, Болдина и др., 2010; Копылова, Болдина, 2006].
Количественная оценка параметров приливного отклика уровня воды в скважине: амплитуд отдельных приливных волн и разностей фаз между фазами приливных волн в