Evaluation of the stress state of deformation sites in the Balakan-Qabala geodynamic polygon on the territory of the Azerbaijan Republic
Evaluation of the stress state of deformation sites in the Balakan-Qabala geodynamic polygon on the territory of the Azerbaijan Republic
Abstract
The article gathers geophysical data from complex surveys conducted with modern equipment at the Balakan-Quabala polygon and interprets them using new software.
In the course of geophysical studies, changes in time and space of the geomagnetic and gravitational fields under the influence of geodynamic stresses, variations of geomagnetic field stresses associated with the impact of geodynamic processes and earthquakes were studied.
Discrete gravimagnetometric studies allowed to re-specify the stress-strain state of the geological environment in the research area, and these areas were evaluated as areas of geodynamic stress energy accumulation and the possibilities of strong earthquakes.
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.