ВИБРАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ИЗМЕНЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (ПО ДАННЫМ СКВАЖИННЫХ НАБЛЮДЕНИЙ)
Authors: Болдина С.В. , Копылова Г.Н 
Published: December 2021

Многообразие откликов давления подземных вод при похождении сейсмических волн
является широко обсуждаемым вопросом при проведении наблюдений в скважинах
[1, 6, 8, 10, 11, 12]. Даже при одном и том же землетрясении в близко расположенных скважинах
могут проявляться различные эффекты вибрационного воздействия в изменениях давления
подземных вод – колебания (осцилляции), понижения и повышения различной продолжительности.
Познавательный интерес представляет объяснение такого многообразия на основе соответствующих
моделей гидрогеодинамических процессов в системе скважина-водовмещающая порода.
В работе [6] на примере данных многолетней регистрации уровня воды в скважине ЮЗ-5 с
периодичностью 5 мин. были выделены четыре типа откликов давления подземной воды при
землетрясениях в диапазоне магнитуд Мw = 6.8 – 9.1 и эпицентральных расстояний de=80 – 14600 км и рассмотрены модели их формирования. С использованием широкополосных записей землетрясений на ближайшей сейсмостанции, продемонстрирована зависимость проявления четырех выделенных типов откликов давления воды от амплитудно-частотного состава сейсмических волн и параметров
интенсивности вибрационного воздействия, таких как удельная плотность сейсмической энергии и
максимальная скорость сейсмических волн в районе скважины. Таким образом, на примере одной
скважины с известными строением, упругими и фильтрационными свойствами водовмещающих
пород было продемонстрировано, что разнообразие откликов давления подземной воды на
динамическую деформацию водовмещающих пород определяется инициацией различных
гидродинамических процессов в системе скважина-водовмещающая порода, сопровождающихся
колебаниями, а также ростом или понижением давления различной продолжительности, в
зависимости от амплитудно-частотного состава максимальных фаз сейсмических волн. При этом
ведущими факторами, вызывающими разнообразие эффектов вибрационного изменения давления
(напора) подземных вод, являются вертикальные смещения ствола скважины, усиление вариаций
давления в системе скважина-водовмещающая порода на определенных резонансных частотах
сейсмического воздействия [9], а также локальные понижения и повышения давления в
водовмещающей породе вследствие неоднородности ее строения и, соответственно, неоднородного
изменения поля давления подземных вод вблизи скважины [6, 8, 11].
Индивидуальные особенности отдельных скважин в проявлениях вибрационных эффектов и в
целом разнообразие откликов уровня/давления воды в наблюдательных скважинах является
отражением совокупности гидродинамических процессов, инициированных воздействием
сейсмических волн различного амплитудно-частотного состава, и локализованным распределением
импульсов повышения или понижения давления в пространстве неоднородных водовмещающих
пород вблизи ствола скважины на расстояниях от первых метров до сотен метров.
Определенный вклад в многообразии откликов давления при воздействии сейсмических волн
также вносят упругие свойства подземной воды [11]. В частности, при наличии в воде свободного
газа ее сжимаемость резко повышается, и величина коэффициента Скемптона, равного отношению
изменений давления воды к общему напряжению в скелете породы, резко уменьшается [4, 6]. В этом
случае в изменениях давления подземных вод, например, в скважинах Е-1, полуостров Камчатка и
BV, Калифорния, США, вибрационные эффекты проявляются в монотонных повышениях уровня
воды в течение суток-десятков суток после наиболее сильных землетрясений с интенсивностью
сотрясений не менее 5-6 баллов по шкале MSK-64.
Таким образом, многообразие откликов давления подземных вод в скважинах на прохождение
сейсмических волн в общем виде объясняется особенностями локальных условий наблюдательных
скважин – различиями их конструкции, упругими и фильтрационными свойствами водовмещающих
пород и неоднородностью их строения. Это обстоятельство предполагает создание моделей
вибрационного воздействия на основе прецизионных данных наблюдений за вариациями давления
подземных вод для каждой наблюдательной скважины, используемой в системе геофизического
мониторинга. Для решения этой задачи в отношении наблюдательных скважин на территории
Петропавловск-Камчатского полигона, в 2017–2021 гг. была выполнена модернизация системы
наблюдений с использованием цифровых средств прецизионной регистрации давления подземных
вод с частотой от 20 до 0.008 Гц. В работе представлены данные о выполненной модернизации и
первые результаты наблюдений вибрационных эффектов в изменениях давления подземных вод,
полученных с использованием нового оборудования.