Оценка напряженного состояния очагов деформации на Балаканско-Габалинском геодинамическом полигоне на территории Азербайджанской республики
Оценка напряженного состояния очагов деформации на Балаканско-Габалинском геодинамическом полигоне на территории Азербайджанской республики
Аннотация
В статье собраны геофизические данные комплексных исследований, проведенных современным оборудованием на Балаканско-Габалинском полигоне и проведена их интерпретация с использованием нового программного обеспечения.
В ходе геофизических исследований изучались изменения во времени и пространстве геомагнитного и гравитационного полей под действием геодинамических напряжений, вариации напряжений геомагнитного поля, связанных с воздействием геодинамических процессов и землетрясений.
Дискретные гравимагнитометрические исследования позволили повторно уточнить напряженно-деформированное состояние геологической среды в районе исследований и эти районы были оценены как области накопления энергии геодинамических напряжений и возможности возникновения сильных землетрясений.
1. Введение
Мировое научное сообщество сегодня обладает огромным экспериментальным и теоретическим потенциалом, который во многом позволяет понять сложные процессы трансформации земной коры и параметров геофизических полей вблизи эпицентральных зон землетрясений. Отсюда становятся ясными многие причинно-следственные геофизические процессы, связанные с накоплением избыточных упругих напряжений в сейсмогенных областях. В ряде случаев процессы подготовки и реализации сильных землетрясений удается описать математически. Тем не менее вопрос прогноза землетрясений до сих пор остается одним из важных и до конца не решенных в проблеме физики Земли. Происшедшие за последние годы многочисленные природные катастрофы в целом требуют разработки новой стратегии и тактики исследования современных геологических процессов. Одно из направлений исследований в этой области включает оценка напряженного состояния очагов деформации на основе комплексной интерпретации геофизических данных.
Целью данной работы является изучение гравимагнитометрических вариаций геофизических полей с целью поиска критериев предупреждения землетрясений на Балаканско-Габалинском геодинамическом полигоне.
Балаканско-Габалинский прогностический полигон охватывает юго-восточный склон Большого Кавказского антиклинория, который является одной из самых высоких сейсмических зон в Азербайджане. На площади полигона расположены несколько сейсмогенных зон, генерирующих землетрясения высокой интенсивности - Шемахинская, Исмаиллинская, Огузская, Шекинская, Закатальская, Агдашская. Профили проходят в основном по автомагистралям, а в некоторых пунктах наблюдения вблизи внутренних дорог.
2. Методы и принципы исследования
Рисунок 1 - Карта изоаномалий гравитационного поля на Балаканско-Габалинском геодинамическом полигоне на 2021 год
Рисунок 2 - Карта-схема для наблюдения за геомагнитным, гравиметрическим режимом на Балаканско-Габалинском полигоне
Методика проведения полевых наблюдений высокоточными гравиметрами определяется в соответствии с требованиями выявления субъективных факторов и других факторов, влияющих на микросейсмичность, точность и достоверность наблюдений, ускорение свободного падения неприливных вариаций во времени [1], [2], [3].
Для этого использовался канадский гравиметр Scintrex CG-5 AutoGrav как для дискретных, так и для стационарных гравиметрических наблюдений. Этот прибор позволяет обнаруживать изменения силы тяжести в исследуемом поле при повторных гравиметрических измерениях [4], [5], [6]. Наряду с гравиметрическими исследованиями за этот период в указанном районе исследований проводились и дискретные магнитометрические наблюдения [5], [6], [7].
На рисунке 1 показаны как дискретные, так и стационарные точки наблюдения Балаканско-Габалинского геодинамического полигона.
Рассмотрим результаты повторных измерений, представляющие интерес для исследования. На южном склоне Большого Кавказа на основе гравиметрических измерений были составлены 2D и 3D карты гравитационного поля (рис. 2, 3). Эти исследования отражают характер изменения относительной силы тяжести в гравитационном поле между пунктами наблюдения, т.е. по всему полигону. В зоне исследования выявлено несколько гиперцентровых зон, которые могут вызывать сильные землетрясения.
При рассмотрении карты изоаномалий, построенной на Балакан-Габалинском геодинамическом полигоне на 2021 год, гравиметрическая карта, построенная в формате 2D, показывает аномальное гравитационное поле в северо-восточной части Исмаиллинского района. В направлении Шеки мы видим отрыв таких же аномальных участков.
Как видно из изоаномальной карты гравитационного поля, основные изменения произошли в Шекинском, Исмаиллинском и Шамахинском районах [8], [9]. Интенсивность роста на этих участках увеличилась по сравнению с предыдущими годами и стала более выраженной локально в сейсмогенной зоне Шеки, Исмаиллы, Шамахи. Так, относительная сила тяжести в общей площади колеблется в пределах 0,015-0,071 мГал, в Шеки 0,045-0,066 мГал, а в Шамахинском и Исмаиллинском районах в пределах 0,040-0,055 мГал.
Это показывает, как изменяется градиент гравитационного поля по данным спектрального анализа в двумерной модели напряжения гравитационного поля (рис. 3).
Также из 3D карты видно, что гравитационное поле отражает напряженно-деформированное состояние (рис. 4). Таким образом, это является подтверждением описанных изменений в 2D-карте. Для сравнительного анализа, наряду с гравиметрическими исследованиями за этот период в результате дискретных магнитометрических наблюдений, проведенных в указанном зоне исследований, также были составлены карты напряженно-деформационного состояния для магнитного поля геодинамического полигона в форматах 2D и 3D (рис. 5, 6) [10]. На 2D-карте магнитного поля (рис.5) наблюдается так же интенсивный с юга на север (-200÷-800 nTl) магнитный минимум в Шамахинско-Исмаиллинской зоне. Упомянутый интенсивный магнитный минимум находился в центре Шамахинско-Исмаиллинского административного района в замкнутом виде (-800 nTl) и был направлен на север, и в этом направлении наблюдалось резкое повышение напряжения (-200 nTl). На анализируемой карте в Исмаиллинско-Габалинской зоне наблюдаются мелкомасштабные магнитные аномалии интенсивностью 200 nTl. Однако в направлении Гейчай-Уджар, юго-западнее Исмаиллы, резко меняется градиент геомагнитного поля и вновь отмечается минимальная аномалия интенсивностью -200 nTl. Третья аномальная зона полностью окружает район вокруг станции Шеки. По мере увеличения интенсивности кругового магнитного минимума от центра к краям наблюдается изменение градиента (с резкими возрастаниями) в сторону Загаталы. Закатало-Балаканская область переживает интенсивный минимум в западной части области и переходит к более активному максимуму за счет все более резкого градиентного смещения к северу. Максимум закрыт в Закатало-Балаканской зоне и остается открытым с севера. В целом вышеизложенные анализы подтверждаются на карте 3D, отражающей напряженно-деформированную ситуацию по наблюдениям на Шемахинско-Балаканском геодинамическом полигоне.
Рисунок 3 - Спектральный анализ интенсивного прироста гравитационного поля в сейсмогенных зонах на Балаканско-Габалинском
геодинамическом полигоне в 2021 г.
Рисунок 4 - 3D модель интенсивного прироста гравитационного поля
Рисунок 5 - Напряженно-деформированное состояние магнитного поля
Балаканско-Габалинского геодинамического полигона в 2D формате
Рисунок 6 - Напряженно-деформированное состояние магнитного поля Балаканско-Габалинского геодинамического полигона в 3D формате
3. Основные результаты
Повторными гравиметрическими наблюдениями изучен характер изменения силы тяжести на участке исследований, выявлены аномальные зоны, сопровождающиеся переменными значениями относительной силы тяжести в поле, с минимальным значением на северо-востоке и юго-востоке района исследований, с запада на восток наблюдалась от 0,185мГал до 3,514 мГал в виде распространенной формы.
Было замечено, что магнитные поля иногда имеют подобные аномальные изменения даже в отсутствие землетрясений и что такие изменения считаются связанными с другими, ненаблюдаемыми геодинамическими процессами, происходящими в более глубинных зонах земной коре.
4. Обсуждение
В результате дискретных гравиметрических исследований обнаружены высокий рост экологической напряженности в районе вышеперечисленных точек наблюдения, что можно рассматривать как проявление активной тектонической активности и напряжений, сопровождающихся землетрясениями. Это подтверждается землетрясениями в регионе.
5. Заключение
Существующие гравимагнитометрические данные за 2021 год подтверждают напряженность в Балаканско-Шамахинской сейсмогенных зоне. Комплекс гравимагнитометрических исследований в сейсмически активных регионах позволяет оценивать уровни напряженно-деформационного состояния сейсмогенных зоны с целью долгосрочного прогноза ожидаемой здесь сейсмической активности на текущий период до одного года. Основным преимуществом магнитного и гравитационного методов является их экономичность и большая глубина исследования - практически весь магнитоактивный слой земной коры.