Подземная гидросфера - Евгений Викторович Пиннекер

Независимо от того, как подготавливаются сейсмические процессы, они оказывают очень большое воздействие на режим подземной гидросферы. Об этом люди догадывались раньше, пожалуй, еще в античную эпоху, а в последнее время изменения гидрогеодинамического, гидрогеохимического и гидрогеотермического режима стали использовать в качестве гидрогеологических предвестников землетрясений.

В сейсмоактивной области Прибайкалья вдоль «стройки века» — БАМа — с 1975 года начаты сейсмогидрогеологические исследования. Осенью 1976 года в пунктах наблюдений вдруг стали ощущаться тревожные изменения — увеличение дебита, падение и рост концентрации гелия в подземных водах… Через несколько дней произошло Уоянское землетрясение силой 6 баллов (рис. 15).

Рис. 15. Изменение концентрации гелия в воде и дебита Окусикапского источника перед Уоянским землетрясением в Северном Прибайкалье (2 ноября 1976 года).

Землетрясения вызывают изменения уровня, дебита и температуры подземных вод; хорошо реагирует на сейсмические толчки величина концентрации в воде многих растворенных веществ — радона, гелия, ртути, фтора, при сильных толчках она изменяется, порой очень сильно. Опыт изучения среднеазиатских землетрясений показал, что достаточно разветвленная сеть пунктов сейсмогидрогеологических наблюдений по характеру колебания содержания радона и гелия в подземных водах позволила бы за несколько дней предсказать отдельные разрушительные толчки. А нельзя ли землетрясения прогнозировать так же, как и погоду?

Прогнозирование сейсмической опасности относится к числу важнейших, но одновременно очень сложных и трудных проблем. Всестороннее научное обоснование прогноз землетрясений получает лишь в последние годы. Задача состоит в том, чтобы, во-первых, оконтурить место, где будут ощущаться подземные толчки, во-вторых, рассчитать максимальную их силу для отдельных пунктов и, в-третьих, определить время, когда произойдет разрушительное землетрясение. Первые два элемента прогноза — место и сила — сейчас выявляются достаточно хорошо и с удовлетворительной точностью; они находят отражение на картах сейсмического районирования. А вот определение времени землетрясения пока далеко от решения. Когда говорят о прогнозировании землетрясений, то имеют в виду прежде всего этот параметр.

Кроме гидрогеологических предвестников, существуют собственно сейсмические (по статистике землетрясений, наличию специфических форшоков[3] и областей затишья), деформационные, включая наклоны поверхности Земли, и различные геофизические (по изменению, скажем, электросопротивления горных пород или электромагнитного поля) методы прогноза землетрясений. Хорошие результаты начинает давать сейсмическое «просвечивание» земных недр.

В деле прогнозирования землетрясений сделаны только первые шаги. Нет даже сводного «портрета» предвестников, что заставляет ориентировать исследования таким образом, чтобы выяснить связь землетрясений с как можно большим количеством природных явлений.

Насколько информативны гидрогеологические показатели? Они весьма эффективны, если используются комплексно, совместно с другими методами, и учитывают по возможности максимальный набор гидрогеодинамических, гидрогеохимических и гидрогеотермических признаков. В этом случае вполне реален не только краткосрочный (дни, недели), но и долгосрочный (годы) прогноз, хотя в целом гидрогеологические предвестники наиболее ценны при предсказывании ближайших по времени землетрясений — за несколько дней или недель. Гидрогеологические предвестники способны указывать на мелкофокусные и глубокофокусные землетрясения. Что же касается расстояния, то эти показатели действенны в радиусе до нескольких сот километров от эпицентра. Они предупреждают преимущественно о сильных землетрясениях (5–6 и более баллов).

К гидрогеологическим предвестникам и вообще к прогнозу землетрясений существуют полярно противоположные отношения: иногда их чересчур идеализируют, в других случаях, напротив, полностью отрицают. Думается, гидрогеологические аномалии в сейсмических районах нельзя ни переоценивать, ни недооценивать. Ведь несмотря на ограниченные факты сейсмичность сказывается на режиме подземных вод. К тому же наблюдательная сеть пока далеко не представительна, что служит главной причиной неоднозначности любых предвестников.

Поэтому сейчас нельзя объективно оценить прогностическую роль всех тех параметров, которые здесь названы гидрогеологическими предвестниками землетрясения. Время покажет, насколько они информативны.

Вода и месторождения полезных ископаемых. Роль воды в образовании и разрушении месторождений полезных ископаемых — предмет постоянного изучения геологов, геохимиков, гидрогеологов. Подземная гидросфера, образно выражаясь, есть резервуар, в котором находятся скопления минерального сырья. Вода, с одной стороны, выступает как носитель химических элементов и при благоприятных условиях создает такие скопления, с другой — она изменяет и разрушает рудные, соляные, нефтегазовые и другие залежи.

Принимая участие во всех геологических процессах, вода несет информацию о них. Нельзя ли воспользоваться ей для выявления месторождений полезных ископаемых? Да, можно. Человек давно научился это делать.

Тезис «Каковы породы, таковы и воды» позволяет решать обратную задачу. И если применительно к формированию состава подземных вод слова Аристотеля пришлось видоизменить, то в поисковой геологии решение обратной задачи себя полностью оправдало. На принципе: «Каковы воды, таковы и породы» основан гидрогео-химический метод поисков полезных ископаемых, когда по составу подземных вод, омывающих залежи и выходящих на поверхность или вскрываемых скважинами, достаточно точно устанавливают в земных недрах неизвестное месторождение и даже определяют его контуры. Так были открыты руды Талнаха и Забайкалья, отдельные нефтегазовые месторождения Поволжья, оценены перспективы нефтегазоносности Тюменской области. Очень эффективен гидрогеохимический метод при поисках залежей горнохимического сырья, полиметаллов, радиоактивных руд.

В начале 60-х годов по инициативе академика А. Л. Яншина в Восточной Сибири были начаты поиски калийных солей с использованием различных методов. Весьма действенным оказался гидрогеохимический метод. Благодаря ему удалось оконтурить три наиболее перспективных района (рис. 16). На одном из них сразу обнаружили залежи калийных солей, но они оказались маломощными. Буровые работы стали сворачиваться. И вдруг… Такое случается редко, тем более спустя 15 лет: во втором по перспективности районе одна скважина вошла в пласты карналлита и сильвина мощностью в несколько десятков метров. Так был открыт Непский калиеносный бассейн. А совсем недавно (опять-таки по гидрогеохимическим показателям) резко возросли его перспективы. Кажется, здесь обнаружена крупнейшая в стране кладовая калийных солей.

По характеру взаимоотношения с подземными водами различают пять групп месторождений полезных ископаемых:

месторождения труднорастворимых рудных залежей, прямо или косвенно сформированные гидротермальными растворами; сюда входят не только месторождения гидротермальной группы, но и другие — магматические, скарновые и так далее;

месторождения зоны выветривания, образовавшиеся в результате гипергенного минералообразования или накопления в остаточных продуктах;

осадочные скопления легкорастворимых (соляных) пород, сформированные на дне водоемов и подверженные процессам разрушения подземными водами (месторождения химического класса);

залежи нефти и газа (месторождения биохимического класса);

месторождения труднорастворимых рудных и нерудных залежей, образование и разрушение которых связано с биогенной миграцией (например, месторождения каустобиолитов или фосфоритов) и механическим разрушением (россыпные месторождения) при участии подземных и поверхностных вод.

Не во всех пяти группах месторождений значение воды в формировании и