Weak hydroseismic effect of local earthquakes in hydraulic boreholes in Georgia

Abstract

Strong earthquakes with magnitude M≥7 often cause disturbances of various durations, i.e., so called hydroseismic variations, in the water level in hydrologic boreholes at distances of planetary scales. Besides strong earthquakes, moderate and weak earthquakes (M≤5) also may be accompanied with such effects at short epicentral distances. Namely, in the hydrologic boreholes on the Georgian territory, before and after local earthquakes, against the background of so-called white noise, variations of weak waves with small amplitudes (A≤1-2 cm) are quite often observed. Naturally, this is associated with seismic wave generation. At the same time, the geo-deformation processes in the hypocentral area of an upcoming earthquake, besides seismic waves, are often accompanied with the generation of low frequency (𝒇=0.1-1000 Hz) geo-acoustic and very low frequency (VLF) electromagnetic waves (𝒇≥1kHz). The intensity of geo-acoustic waves compared to the one of seismic waves is considerably low. However, at the last stage of an earthquake preparation process the intensity of low frequency geo-acoustic waves may increase to such an extent that their amplitude becomes commensurable to the amplitude of high frequency (𝒇=10-100 Hz) seismic waves. In this case, weak wave disturbances in hydrologic boreholes located at short epicentral distances, besides high frequency seismic waves, may be caused by geo-acoustic waves. The justice of this consideration is to some extent proved by the qualitative-quantitative analysis of the data of the hydrologic boreholes located in Georgia.Therefore, the goal of the research work is to reveal the probable reasons of the generation of high-frequency seismic waves and low-frequency acoustic emission, as weak hydroseismic variations, accompanying weak local earthquakes.

მძლავრი მიწისძვრები მაგნიტუდით M≥7 დაშორებულ ჰიდროლოგიურ ჭაბურღილებში საკმაოდ ხშირად იწვევენ წყლის დონის სხვადასხვა ტიპის ჰიდროსეიმურ ვარიაციებს. ლოკალურად, ეპიცენტრიდან მცირედ დაშორებულ ჭაბურღილებში მსგავსი ეფექტი შესაძლებელია განვითარდეს აგრეთვე მცირე და საშუალო (M≤5) მიწისძვრების შემთხვევაშიც. კერძოდ, საქართველოში მდებარე ჭაბურღილებში ასეთი მიწისძვრების წინ, ან მათ შემდეგ, საკმაოდ ხშირად დაიმზირება მცირე ამპლიტუდების მქონე სუსტი ტალღური ვარიაციები (A≤2 სმ). ცხადია, რომ ისინი დაკავშირებულია სეისმური ტალღების გენერაციასთან. ცნობილია, რომ მომავალი მიწისძვრის ჰიპოცენტრალურ არეში მიმდინარე გეოდეფორმაციულ პროცესებს, სეისმური ტალღების გარდა, ხშირად თან ახლავს აგრეთვე დაბალსიხშირული გეოაკუსტიკური (𝒇=0.1-1000ჰც) და ძალიან დაბალი სიხშირის (𝒇≥1კჰც) ელექტრომაგნიტური ტალღები. გეოაკუსტიკური ტალღების ინტენსივობა, სეისმურ ტალღებთან შედარებით, გაცილებით სუსტია. თუმცა, მიწისძვრის მომზადების პროცესის უკანასკნელ ეტაპზე შესაძლებელია, რომ დაბალსიხშირული გეოაკუსტიკური ტალღების ინტენსივობამ მოიმატოს ისეთ დონემდე, რომ მათი ამპლიტუდა მაღალსიხშირული (𝒇=10-100 ჰც) სეისმური ტალღების ამპლიტუდის თანაზომადი გახდეს. ასეთ შემთხვევაში დასაშვებია, რომ, მცირე ეპიცენტრალურ მანძილებზე მდებარე ჰიდროლოგიურ ჭაბურღილებში სუსტი ტალღური შეშფოთებები, მაღალსიხშირული სეისმური ტალღების გარდა, აგრეთვე შეიძლება გამოიწვიონ გეოაკუსტიკურმა ტალღებმაც. ამ მოსაზრების სამართლიანობას გარკვეულწილად ადასტურებს საქართველოში არსებული ჰიდროლოგიური ჭაბურღილების მონაცემების თვისობრივ-რაოდენობრივი ანალიზი. შესაბამისად, მოცემული ნაშრომის მიზანს წარმოადგენს სუსტი ლოკალური მიწისძვრების თანმდევი მაღალი სიხშირის სეისმური ტალღებისა და დაბალსიხშირული გეოაკუსტიკური გამოსხივების, როგორც სუსტი ჰიდროსეისმური ვარიაციების გენერაციის სავარაუდო მიზეზების, წარმოჩინება.

Сильные землетрясения с магнитудами M≥7 в удаленных гидравлических скважинах довольно часто вызывают гидросейсмические вариации различных типов. Подобный эффект после слабых и средних по силе (M≤5) землетрясений возможен также и в скважинах, находящихся на малых эпицентральных расстояниях. В частности, до и после таких землетрясений в скважинах, расположенных на территории Грузии, достаточно часто наблюдаются слабые волновые вариации уровня воды с амплитудами A≤2 см. Очевидно, что они связаны с генерацией сейсмических волн. Известно, что геодеформационные процессы в гипоцентральной области будущего землетрясения, кроме сейсмических волн, часто сопровождаются также и геоакустическими (𝒇=0.1-1000 Гц) и крайне низкочастотными (𝒇≥1 кГц) электромагнитными волнами. Геоакустические волны, по сравнению с сейсмическими волнами, имеют значительно меньшую интенсивность. Однако, на заключительном этапе подготовки землетрясения, можно допустить, что интенсивность низкочастотных геоакустических волн может возрасти до уровня, когда их амплитуды станут соизмеримыми с амплитудами высокочастотных (𝒇=10-100 Гц) сейсмических волн. В таких случаях можно допустить, что в гидрологических скважинах, расположенных на малых эпицентральных расстояниях, слабые волновые возмущения могут генерировать не только сейсмические, но и геоакустические волны. Справедливость данного соображения подтверждают результаты качественно-количественного анализа данных гидрологических скважин, расположенных в Грузии. Следовательно, цель данной работы заключается в наглядном представлении высокочастотных сейсмических и низкочастотных геоакустических волн, сопровождающих локальные землетрясения, как вероятных причин генерации слабых гидросейсмических вариации.