Российские и индийские ученые объяснили сезонную миграцию сейсмической активности в районе Койна (Индия)

10 декабря 2017 года исполнилось 50 лет крупнейшему наведенному землетрясению в районе Койна (Индия). В рамках совместного проекта РНФ-DST India ученые из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН и индийского Национального геофизического исследовательского института Хайдерабада исследуют закономерности сейсмического процесса, начавшегося 50 лет назад в результате заполнения и эксплуатации водохранилища

Наведенная (или индуцированная) сейсмичность относится к сейсмическим событиям (обычно – землетрясениям), которые частично или полностью вызваны человеческой деятельностью. Примерами такой деятельности является разработка полезных ископаемых, создание крупных водохранилищ, эксплуатация подземных хранилищ нефти и газа и др.

Если землетрясения, происходящие в результате природных процессов, в основном приурочены к активным тектоническим структурам, то индуцированная сейсмичность происходит в областях активной эксплуатации земных недр человеком и напрямую связаны с ведением экономической деятельности. Исследованием наведенной сейсмичности занимаются ученые во всем мире. Многие работы курируются международным Комитетом по индуцированной сейсмичности.

В октябре 2017 года в одном из ведущих мировых журналов в области сейсмологии «Seismological Research Letters» был представлен проект HiQuake—The Human‐Induced Earthquake Database, в международной базе данных которого на момент выхода публикации содержалось 728 случаев предполагаемой наведенной сейсмичности. При этом эксплуатация водохранилищ считается причиной повышения сейсмической активности в 23% случаев, уступая по количеству упоминаний только объектам горной промышленности.

К примеру, полвека назад в асейсмичном районе западной Индии была построена крупная плотина, работу которой должно было обеспечить специально созданное водохранилище Койна. После его заполнения произошло крупнейшее в мире наведенное (индуцированное) землетрясение М=6.3, унесшее жизни около 200 человек. Серьезному ущербу подверглись жилые дома и сооружения, общее количество пострадавших и раненых превысило 2 тысячи человек.

С этого землетрясения началась сейсмическая история данного региона. За прошедшие 50 лет здесь произошло более 20 землетрясений с магнитудой более 5 и тысячи относительно небольших событий.

Механизмы, вызывающие сейсмичность в этом районе до конца не ясны и сегодня, но повторяющиеся из года в год сейсмические события, в основном сосредоточенные на площади 30 х 20 км и на глубинах 2-7 км позволяют вести целенаправленный геофизический мониторинг этой территории. Для проведения сейсмологических исследований индийскими учеными была создана плотная сеть сейсмических станций, которые обеспечивают хорошую локацию сейсмических событий в районе Койна-Варна. В результате район стал уникальной природной лабораторией.

В изучении влияния этого крупного гидросооружения и оценке сейсмической опасности, обусловленной антропогенной деятельностью принимают участие ученые из Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук (ИФЗ РАН). В ходе многолетнего научного сотрудничества с индийскими коллегами специалистами ИФЗ РАН создана база данных сейсмических событий с 1963 по 2015 год, опробованы методики прогноза наиболее сильных землетрясений.

В настоящее время совместные исследования проводятся в рамках российско-индийского проекта РНФ-DST India «Закономерности и природа наведенной сейсмичности в областях тектонических и техногенных воздействий по натурным и лабораторным данным» (гранты РНФ № 16-47-02003 и INT/RUS/RSF/P-13 Департамента науки и технологии Правительства Индии). В международный коллектив вошли ученые ИФЗ РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова и Национального геофизического исследовательского института (NGRI), Хайдерабад.

Как отметил заместитель директора ИФЗ РАН и руководитель проекта РНФ с российской стороны доктор физико-математических наук Александр Вениаминович Пономарев, проект посвящен комплексным исследованиям и обобщению закономерностей наведенной сейсмичности и дальнейшего развития сейсмического процесса на основе созданных в ИФЗ РАН сейсмических каталогов, технологий радарной спутниковой интерферометрии и лабораторных экспериментов на образцах горных пород с использованием установок высокого давления Центра петрофизических и геомеханических исследований ИФЗ РАН и Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН.

Первые результаты позволили выявить связь изменения сезонной сейсмической активности с особенностями локального тектонического режима. Было обнаружено, что регулярные изменения сейсмической активности после заполнения водохранилища Койна обусловлены миграцией наведенной сейсмичности на юг вдоль сдвиговой разломной зоны и последующей активизацией сопряженных с ней сбросовых разломов. По мнению ученых, миграция процессов разрушения с севера на юг опережает диффузию флюида (проникновение воды в трещинно-поровое пространство горной породы) от водохранилища Койна, а последующее достижение фронтом обводнения южной сбросовой зоны вызывает повторную реактивацию сезонной сейсмичности.

Это предположение подкрепляется и результатами лабораторного моделирования на образцах гранитов из глубоких скважин, пробуренных в области Койна-Варна. Эксперименты по инициированию процессов разрушения образцов в условиях повышении порового давления и фильтрации флюида при различных режимах нагружения были выполнены на установках высокого давления на базе Центра петрофизических и геомеханических исследований ИФЗ РАН и Геофизической обсерватории «Борок» ИФЗ РАН.

Первые результаты и описанная выше схема миграции сейсмического процесса в результате антропогенной деятельности и сезонных явлений опубликованы декабрьском номере журнала Геологического общества Индии.

В настоящее время индийской стороной реализуется проект по глубокому бурению в области Койна-Варна, в результате которого планируется достигнуть глубин лоцируемых сейсмических событий и получить керновый материал из очаговой зоны землетрясений. Полученные образцы горных пород представляют большой интерес, так как их исследование позволит проверить существующие теоретические представления о связи наведенной сейсмичности, наблюдаемой под многими водохранилищами.

Для изучения влияния сейсмических процессов на окрестности плотины Койна учеными также использовались современные технологии космического мониторинга. Так, по снимкам спутника ALOS-2 методами спутниковой радарной интерферометрии впервые были получены оценки полей смещений земной поверхности для района Койна и Варна. Выявлена устойчивая область смещений южнее водохранилища Варна. Именно в этот период в данной области произошла серия землетрясений, включая два крупных события М=5 и М=5.2.

Некоторые результаты по проекту войдут в специальный выпуск одного из ведущих сейсмологических журналов – Bulletin of Seismological Society of America (BSSA) «50 Years after the 1967 Koyna Earthquake: Progress in our understanding of Reservoir Triggered Seismicity (RTS)», посвященный пятидесятилетию катастрофического наведенного землетрясения Койна.

Номер выйдет в свет летом 2018 года. В числе приглашенных редакторов этого выпуска - заместитель директора ИФЗ РАН А.В. Пономарев и руководитель магнитометрической обсерватории Национального геофизического исследовательского Института Хайдерабада (Индия) Кусумита Арора из Национального геофизического исследовательского института Хайдерабада. Чести стать главным редактором номера удостоен директор Национального Центра наук о Земле Тривандрума (Индия) Пурначандра Н. Рао. Все трое входят в коллектив проекта РНФ-DST India.

Ссылки по теме:

- Официальный сайт проекта The Human-Induced Earthquake Database (HiQuake)
http://inducedearthquakes.org/

- Научно-популярная статья о базе данных проекта HiQuake на сайте международного еженедельника Nature.com « Risk of human-triggered earthquakes laid out in biggest-ever database» автор: Alexandra Witze, опубликовано 02 October 2017
http://www.nature.com/news/risk-of-human-triggered-earthquakes-laid-out-in-biggest-ever-database-1.22693

- Представление проекта HiQuake—The Human‐Induced Earthquake Database опубликовано в Seismological Research Letters:
 Wilson M.P.; Foulger G.R.; Gluyas J.G.; Davies R.J.; Julian B. R. «HiQuake: The Human‐Induced Earthquake Database» // Seismological Research Letters /October 04, 2017, Vol.88, 1560-1565. doi:10.1785/0220170112

- Первые результаты по исследованию особенностей миграции сейсмической активности в районе Койна-Варна, полученные коллективом международного проекта РНФ-DST India:
K. Arora, R.K. Chadha, Y. Srinu, А. Selles, S. Davuluri, V. Smirnov, A. Ponomarev, V. Mikhailov «Lineament Fabric from Airborne LiDAR and its Influence on Triggered Earthquakes in the Koyna-Warna Region, Western India» // JOURNAL GEOLOGICAL SOCIETY OF INDIA. Vol.90, December 2017, pp.670-677 DOI: 10.1007/s12594-017-0774-9

www.geosocindia.org/index.php/jgsi/article/view/119808

- Анонс специального выпуска журнала Bulletin of Seismological Society of America (BSSA) Special Issue: Fifty Years after the 1967 Koyna Earthquake: Progress in our understanding of Reservoir Triggered Seismicity (RTS) на официальном сайте Сейсмологического общества Америки (Seismological Society of America) https://www.seismosoc.org/news/call-papers-bssa-special-issue/

- Официальный сайт журнала Bulletin of Seismological Society of America https://www.seismosoc.org/publications/bssa/

- Статья в Вестнике Отделения наук о Земле РАН «Землетрясение в Койна, Индия — 50 лет спустя».  http://onznews.wdcb.ru/news17/info_171204.html