Гидрогеодинамические эффекты землетрясений в системе "скважина - водовмещающая порода"

Уровнемерные наблюдения в пьезометрических скважинах традиционно рассматриваются в качестве эффективного способа оценки вариаций напряженно-деформированного состояния (НДС) 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; Wakita, 1975, 1981; King et al., 1999, 2000; Копылова, 2001, 2005, 2006] 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.

Особенности вариаций уровня воды при сейсмических воздействиях могут определяться, с одной стороны, закономерностями поведения пористых упругих водонасыщенных горных пород при изменении НДС среды и, с другой стороны, свойствами наблюдательной системы, включающими упругие и фильтрационные свойства водовмещающих пород, степень изолированности контролируемых подземных вод, а также геометрические параметры скважины.

Моделирование гидрогеодинамических процессов при сейсмических воздействиях для конкретных систем «скважина - водовмещающая порода», основывающиеся на данных многолетних уровнемерных наблюдений и современных теоретических подходах, может быть направлено на решение важной задачи геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов и поиска предвестников землетрясений - оценку информативности отдельных наблюдательных скважин, а также будет способствовать развитию теоретического знания о формировании режима подземной гидросферы и его влиянии на геофизические поля. <...>