ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ В ЭПИЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ ЧУЙСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

В.Е. Кац, Ю.В. Робертус

ОАО "АЛТАЙ-ГЕО", АРИ "ЭКОЛОГИЯ"

Чуйское землетрясение (ЗМ) произошло на юге Республики Алтай в конце сентября - начале октября 2003 г. Оно внесено в список крупнейших геологических событий в мире в 2003 г.

Очаг землетрясения находился в пределах Чуйской сейсмоактивной зоны [2], на юго-западной окраине Чуйского и Курайского артезианских бассейнов, в приводораздельной части Северо-Чуйского хребта. Особенность обоих артезианских бассейнов, находящихся в одноименных высокогорных впадинах - наличие многолетнемерзлых пород (ММП) сплошного и островного характера. Мощность ММП в 10 км северо-восточнее эпицентра ЗМ по данных буровых работ оценивается в 70 м.

В тектоническом плане Чуйское ЗМ пространственно приурочено к двум крупным разломам Чарышско-Теректинскому и Северо-Чуйскому, а его основной очаг - к участку сопряжения этих структур.

Первые толчки, по результатам обследований ТЦ "Алтайгеомониторинг", в эпицентральной зоне ЗМ сопровождались широким спектром сейсмотектонических дислокаций первичными - трещинами, разрывами, рвами, а также вторичными явлениями - вспучиваниями и проседаниями почв и грунтов, осыпями, обвалами и оползнями. Наблюдались многочисленные излияния (фонтонирования) водных и водно-грязевых масс по трещинам в долинах рек зачастую с образованием озер. В целом в эпицентральной (30-60 км) зоне ЗМ в момент первого толчка наблюдалось интенсивное поднятие уровня подземных и поверхностных вод (по устным сообщениям до 1.5 м в реках). В отдельных населенных пунктах отмечались залповые выбросы подземных вод из самоизливающихся скважин, колонок, а вокруг родника в с. Бельтир образовалось озеро.

Как известно, обводненность пород, по которым распространяются разрушительные сейсмические волны, влияет на геологические деформации. Чем больше обводненность пород и выше уровень нахождения подземных вод, тем интенсивнее разрушение [1]. Это объясняет тот факт, что наиболее крупные трещины, разрывы, сейсморвы на поверхности земли проявились в долинах рек, где уровень вод составляет 3-10 м. Это долины рек Талтуры, Чаган-Узун, Чуя, Джазатор, Кызыл - Ташка.

Гидрогеологические факторы как признаки собственно сейсмогенных показателей ЗМ стали рассматриваться в последние 15 лет, в рамках изучения гидрогеодеформационного поля Земли (ГГД-мониторинг). Однако до сих пор недостаточно выяснена природа формирования и сохранения во времени тех или иных гидрогеохимических аномалий и связь их с геодинамическими процессами до и после землетрясений [1]. Не углубляясь в механизм связей гидрогеохимии с сейсмогенными процессами, рассмотрим гидрогеологические особенности в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения как возможных индикаторов произошедшего события.

В пределах Чуйской и Курайской впадинах и их бортовых частях распространены комплексы подземных вод в отложениях широкого возрастного диапазона. Это воды четвертичных, неогеновых, неоген-палеогеновых нелитофицированных отложений, а также подземные воды зон открытой трещиноватости девонских, кембрийских, вендских и рифейских образований.

ТЦ "Алтайгеомониторинг" осуществляет государственный мониторинг за состоянием подземных вод (ГМПВ) в республике Алтайс 1999 г. Это режимные наблюдения за гидродинамическим уровнем и гидрохимическим составом подземных вод. По результатам мониторинговых исследований за прошедшие годы ТЦ собран аналитический материал, позволяющий оценить фоновую гидрохимическую характеристику подземных вод по сезонам года, что позволяет оценить динамику их в районе произошедшего землетрясения.

Как известно гидродинамический уровень подземных вод является предвестником ЗМ. В период подготовки ЗМ растет напряжение в земной коре, изменяется современный уровень вод (СУВ). По данным ТЦ наблюдалась следующая картина в районе ЗМ.

Анализ динамики современного уровня подземных вод в Республике Алтай за последние 3 года показывает, что в районе Чуйской и примыкающей к ней с запада Чарышской сейсмоактивных зонах, прослеживалась тенденция его падения.

Такой же характер изменения уровня характерен в целом для всех приподнятых структур (горсты, выступы, блоки)- Алтая Саянского бассейна жильно- блоковых вод. Динамика уровня вод в прогибах, грабенах имеет противоположный характер, т.е. наблюдался подъем уровня и увеличение расхода вод.

Для грунтовых вод и вод четвертичных отложений в целом характерно понижение уровня: в бассейне рек Катуни на 0,3-0,94 м; Бии 0,54-1,2 м; Чарыша 0,2 м; в Телецкой озерной котловине 0,14 м.

В пределах Катунского, Телецкого и Теректинского блоков понижения уровня вод в терригенных, осадочных, карбонатных и вулканогенных образованиях кембрийского, вендского возраста, рифея и протерозоя варьировало от 0,4 м до 2 м, а дебиты родников уменьшились от 1,2 до 2,6 раза.

Дебиты родников и расходы самоизливающихся скважин каптирующие водоносные зоны в осадочно-вулканогенных породах в Ануйско-Чуйском, Уйменско-Лебедском прогибах возросли в 1,2-1,3 раза.

Заслуживают внимание факты "исчезновения" популярного среди местного населения источника Чулышманский Аржан (сероводородный), который находился на южной окраине Телецкой озерной котловины и каптировал воды метаморфических сланцев среднего протерозоя. Практически иссяк родник Чаган-Узунский имевший дебит 0.5 - 1.1 л/сек, прекратился самоизлив водозаборной скважины в с. Ортолык.

В Чуйском артезианском бассейне колебания уровня вод неогенового и палеоген-неогенового возраста носили разнонаправленный характер: в с. Мухор-Тархаты наблюдалась тенденция уменьшения, в с. Теленгит Сортогой - увеличения расхода самоизливающихся скважин, в с. Кош-Агач до сентября 2003 г.(с 2000 г ) самоизлив в водозаборной скважине оставался постоянным на протяжении наблюдаемого периода.

В качестве гидрогеотермического фактора землетрясения обычно рассматривается температура вод [1]. Как правило, перед ЗМ поднимается температура вод за счет подъема вод с больших глубин. В эпицентральной части землетрясения увеличение температуры подземных вод отмечено в скважинах с.с. Кош-Агач, Мухор-Тархата, Курай, Жана-Аул, Ташанта. Разница температуры до и после ЗМ составляла 1о-2о .

На 13 родниках, на которых осуществляются наблюдения за температурным режимом, динамика имела тенденцию к росту температур на 0,4-1.0o C при вариациях от 2,5o до 13o С (амплитуда 1,5-7,2o С).

Наиболее высокая температура устанавливается в подземных водах гранитов турочакского комлекса (13o С).

Гидрогеохимическими предвестниками ЗМ являются изменения ионно-солевого состава подземных вод. Динамика вод, как правило, устанавливается на значительных расстояниях от эпицентра ЗМ (до сотни км и более в зависимости от магнитуды ЗМ) [3].

В июле 2003 г. (за два месяца до ЗМ) в рамках ГМПВ ТЦ "Алтайгеомониторинг" проведен отбор проб подземных вод из родников и скважин в эпицентральной зоне ЗМ. Опробованы водопункты каптирующие весьма широкий спектр подземных вод - от современных четвертичных до протерозойских.

Гидрохимический состав вод до ЗМ в целом изменился - "разбавился" относительно фонового в этот период года. Уменьшились концентрации практически всех макрокомпонентов за исключением кальция и магния, количество которых увеличилось (1.1.-1.2 раза). Возросла величина рН (до 1.2 раза), аммония до (15 раз), минерализация в целом уменьшилась.

По-видимому величина рН является одним из наиболее ранних предвестников ЗМ. Рост рН (от 9.1 до 9.4) установлен за год до первого толчка в водопунктах с.с. Кош-Агач, Ортолык, Теленгит-Сортогай, Мухор-Тархаты.

Особенность всех опробованных после ЗМ подземных вод - наличие высокой цветности (62.0-117o ), значительная мутность (4.3-72 мг/дм3 ) и низкая прозрачность (6-26 см). Динамика гидрохимического состава вод после офтершоков в целом характеризуется тенденцией к "восстановлению" до фонового состояния (по щелочам, хлоридам, сульфатам, гидрокарбонатам). На ряде же водопунктах, особенно в очаге ЗМ (30 км) произошло усложнение состава вод и образовались "положительных" аномалий по щелочам (до 5 фонов), сульфатам (до 1.8 фона), хлоридам (до 15 фонов), фтору (до 7 фонов), окиси кремния (до 1.5 фона). Величина рН в подземных водах либо незначительно уменьшилась, либо сохранилась такой же в очаге ЗМ (через две недели после первого толчка).

В результате образования трещин и выбросов вод "очистились" грунтовые воды в долине р. Чуи, в частности в п. Чаган-Узун в индивидуальных колонках после землетрясения уменьшились по сравнению с фоновыми концентрации таких загрязнителей как хлориды, сульфаты, нитраты до 8 раз; щелочи до 6 раз.

Практически во всех проанализированных пробах подземных вод с района ЗМ, устанавливаются повышение и высокие (в сравнении с фоновыми) концентрации фтора (до 7 раз), алюминия (до 10 раз), железа (до 3 раз), марганца (до 2 раз), лития (до 1.5 раз).

Гидрохимический состав многочисленных излияний водных и водно-грязевых масс, которые в отдельных случаях образовали озера и временные источники хлоридно-сульфатно-гидрокаронатный со смешанным катионным составом (магниево-натриево-кальциевый) с минерализацией 0.48 мг/дм3. Состав излившихся подземных вод сопоставляется с таковым вод родников, через которые в правом борту р. Талтуры разгружаются воды зон трещиноватости терригенных пород кызылшинской свиты среднего девона, условно соленосных. В приустьевой части р. Талтуры в выбросах водно-разжиженных супесей, суглинков, грязей присутствуют бурые угли и углистые сланцы. Это свидетельствует о значительной глубине выброшенного материала и мерзлотных вод неогенового возраста.

Существенно изменился после ЗМ гидрохимический состав поверхностных вод в районе ЗМ. В частности первично гидрокарбонатные воды р. Чаган в районе с. Бельтир в первые дни после ЗМ приобрели сульфатно-гидрокарбонатный кальциево-натриевый состав; воды р. Черной (в районе с. Кош-Агач) хлоридно-гидрокарбонатный магниево-кальциево-натриевый состав и повышенную минерализацию (до 0.51 г/дм3 ). Также как и в подземных водах, в поверхностных водах установлены высокие значения величины рН; в реке Чаган-Узун в с. Бельтир (8.9-9.0 до и после ЗМ), в реке Чуи у Красной горки (рН и 8.3 соответственно до и после ЗМ). Поверхностные воды характеризовались наличием аномальных концентраций взвешенных веществ (до 115 мг/дм3 ).

В заключении отметим. Изменение гидрогеологических условий в целом в пределах Алтае-Саянского бассейна жильно - блоковых вод , и особенно в Чуйском и Уймонском артезианских бассейнах однозначно связано с Чуйским землетрясением и периодом подготовки его.

Литература

  1. Гончаров В.С., Потемка Э.П. Фрагмент гидрогеодеформационного мониторинга в пределах центрального сегмента Северного Кавказа. В сб. Геологическое изучение и использование недр. - М: Геоинформмарк, 2001, с. 8-20
  2. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды в Республике Алтай в 2002г.- с. Майма, ОФ ОАО "Алтай-Гео", 2003
  3. Основы гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды в земных недрах. -Новосибирск: Наука, 1982, с. 57-74