В связи с усилением сейсмической активности в Горном Алтае интерес представляет рассмотрение возможностей прогнозирования землетрясений. Этому вопросу посвящено большое количество публикаций о геотонике. Вообще из всех рассмотренных в литературе работ по проблеме предшествующих землетрясениям событий, мы выбрали наиболее приемлемые к нашим условиям - гидрогеодинамические и гидрогеохимические предшественники (ГГД и ГГХ).

Гидрогеодинамические предшественники (ГГД)

Наибольшее число инструментально зарегистрированных надежных предвестников землетрясений относятся к измерению уровня подземных вод. Это связано с двумя главными причинами:

1. Скважины, а также самоизливающие родники и даже колодцы, являются чувствительными объемными деформаторами и прямо отражают изменения напряженно-деформированного состояния в земле.
2. Накоплены данные наблюдений на обширной сети скважин и колодцев. Например, в Китае многолетние, ежедневные наблюдения проводятся в более чем в трех тысячах точек на 300 специально оборудованных скважинах.

Теоретические аспекты реакции уровня воды в скважине на вариации напряженного состояния в верхних слоях земной коры можно представить уравнением [1]:

,где (1)

-изменение давления воды в подземном горизонте за интересующий интервал времени;
-модуль сдвига породы в пласте;
-коэффициент Пуассона;
-коэффициент Кемптона;
-относительная деформация.

Изменение давления воды в самой скважине прямо определяет вариации ее уровня,при объемной деформации:

где (2)

- изменение барометрического давления;
- плотность жидкости;
- ускорение силы тяжести.

При изменении барометрического давления на 10^-3 кг/см² соответствующие вариации составят 0,5 см. [2]

Формулы (1) и (2) дают обобщенные зависимости уровня подземных вод в скважинах от деформаций горных пород в земной коре.

Накопленный в разных странах опыт наблюдений за гидродинамическими предвестниками показывает, что они могут иметь разнообразную форму, а их амплитуда определяется локальными гидрогеологическими условиями точки наблюдения.

Для измерений используется цифровой регистратор уровня с чувствительностью 1мм, установленный в стальном стакане и погружаемый в скважину.

В настоящее время для эпицентральных областей готовящегося землетрясения достоверно наблюдается следующая последовательность:
- за несколько лет до сильного землетрясения наблюдается постепенно ускоряющееся падение уровня воды в наблюдательных скважинах, затем следует резкий подъем уровня воды в последние дни или часы до толчка.

Такой тип предвестника был выявлен наблюдениями вблизи Ашхабада и послужил одним из основных критериев успешного прогноза времени землетрясения 16 октября 1978 г. (М=7,7), произошедшего на расстоянии 550 км от Ашхабадского прогностического полигона [3].

В период перед Спитакским землетрясением, и во время его, в пределах Кавказа функционировала сеть из 26 наблюдательных скважин, на которых велись непрерывные наблюдения за гидродинамическим режимом подземных вод, что позволило выявить тенденцию к развитию структуры растяжения в районе будущего землетрясения, начиная с августа 1988 г. Землетрясение произошло 6 декабря 1988 года в 11 ч. 41 мин. Центр структуры характеризовался падением уровня воды в скважинах и находился в эпицентре будущего землетрясения. Максимум интенсивности аномалии и размеров структуры растяжения наблюдался за 11 часов до землетрясения. За 40 минут до толчка начался процесс уменьшения аномалии [4].

Гидрогеохимические предшественники.

В области поисков предвестников землетрясений признание получили геохимические и, как их составляющая, гидрохимические методы, основанные на изучении газового, химического и изотопного состава подземных вод и их температурно-динамических параметров.

Анализ большого числа литературных источников по данному вопросу показал, что роль воды глубинной циркуляции чрезвычайно велика в непрерывных и сложных геолого-тектонических процессах, протекающих на больших глубинах в земной коре. Поэтому фундаментальное изучение подземных вод (в частности их химического состава) в связи с сейсмическими явлениями представляется одним из перспективных научных направлений в поисках предшественников сильных землетрясений.

В качестве наглядного примера приведем результаты наблюдения на гидрохимической системе Джалал-Бад Ферганского полигона.

Было установлено, что сильному землетрясению в этом районе предшествовали проявления ГГД и ГГХ аномалий в газохимическом составе подземных вод. Отмечались предвестниковые эффекты по радону, гелию, фтору, хлору, стронцию, СО₂, брому, рH за 1-3 дня до землетрясения (16 декабря 1983 года) в Алайской долине. Важным предвестником этого землетрясения оказалась температура, которая повысилась на 1^oC за день до события. Отмечалось повышение дебита воды в скважине незадолго до события.

Ход радоновых аномалий по этому событию можно представить схемой: повышение концентрации - всплеск - спад - землетрясение, что соответствует многочисленным примерам в литературе [1,6].

На данном этапе изученности проблемы представляется возможным сформулировать некоторые закономерности и предварительные выводы по теме:

1. Нарастающие сейсмотектонические напряжения, предваряющие землетрясения, создают определенное поле геохимических аномалий радона, гелия, метана, углекислого газа, ионов хлора, фтора, карбонатов, сульфат-иона в гидрогеохимической системе и изменяют ее общие параметры: рН, Еh, температуру и др. Вариации происходят при изменении гидрогеодинамического режима. Это значит, что в преддверии землетрясения происходят аномальные возмущения всей ГГХ системы в целом. Аномалии возникают, как правило, на собственном фоне долговременных вариаций временных рядов наблюдаемых компонентов.
2. Среди изученных компонентов в качестве краткосрочных предвестников землетрясений предварительно отмечаются радон, гелий, углекислый газ, хлор, фтор, сульфат-ион и рН (карбонатное равновесие). Во всех прогностических проявлениях этих компонентов остаётся закономерной общая картина: их возбуждение за 5-45 дней до события на обычном фоне, затем резкие аномальные пилообразные всплески за 2-10 дней до сейсмического толчка. Далее аномалии стремятся к затуханию и к фону.
3. По гидрогеохимической информативности каждая режимная станция и скважина имеет свои индивидуальные особенности реагирования на сейсмические события, что может быть выражено проявлением не только положительных, но и отрицательных аномалий даже в пределах одного района.