Інтеграція геохімічних даних для виявлення реакцій підземних вод на геодинамічні процеси: дослідження на прикладі Азербайджану

Анотація

Вступ. Гідрогеохімічні зміни у підземних водах дедалі частіше розглядаються як потенційні індикатори акумуляції напружень, що передують землетрусам. Проте надійна ідентифікація короткочасних попередників можлива лише за умови довготривалих інструментальних спостережень та інтеграції багатьох типів даних, адаптованих до місцевих геологічних і гідрогеологічних умов. Шамахинсько-Ісмаїллинська сейсмогенна зона в Азербайджані, розташована на межі Євразійської та Аравійської плит, є унікальною природною лабораторією для вивчення гідрогеохімічних проявів геодинамічної активності. Метою дослідження є виявлення підземноводних аномалій, що передують сейсмічним подіям, визначення їх часових закономірностей щодо моменту землетрусу та оцінка ефективності інтегрованого геохімічного моніторингу для систем раннього попередження у Кавказькому регіоні.

Методи. Створено багатопараметричну мережу спостережень із семи самовиливних свердловин і джерел, розташованих у контрастних літолого-гідрогеологічних умовах. Виконувалися систематичні, прив'язані до часу вимірювання показників pH, Eh, CO₃²⁻, HCO₃⁻, Σ(Cl,Br,I)⁻, SO₄²⁻, загальної твердості, Ca²⁺, Mg²⁺, Σ(Na,K)⁺, мінералізації та Σ(Fe²⁺,Fe³⁺). Гідрогеодинамічні параметри – рівень, температура, витрата і колір води – фіксувалися безперервно. Газогеохімічний моніторинг охоплював визначення розчиненого гелію, а радіогеохімічний контроль – вимірювання α-поля на реперних ділянках. Для виявлення суттєвих відхилень від сезонних фонів застосовано індекс аномальності (A_an = K × X × Σ), що дозволяє автоматично розпізнавати ненормальні тенденції.

Результати. Перед землетрусом у Шамахі 18 січня 2023 року (Mpv 3.0; h = 18 км) було зафіксовано синхронні короткочасні гідрогеохімічні аномалії. Концентрація сульфатів (SO₄²⁻) зросла з 440–480 до 640 мг/л, Σ(Na,K)⁺ зменшилася з 700–750 до 450 мг/л, а Σ(Cl, Br, I)⁻ різко знизилася з 630–660 до 60 мг/л. Вміст загального заліза (Σ(Fe²⁺,Fe³⁺)) підвищився з 6–15 до 48 мг/л, тоді як концентрація карбонатів (CO₃²⁻) у свердловині Чухурюрд-49 зросла з 0 до 220 мг/л. Вміст гелію в підземних водах біля епіцентру збільшився майже на порядок, а згодом поширився по всій мережі. У свердловині "Шамахи-8" рівень води піднявся за вісім днів до поштовху, а за три дні до нього різко знизився, супроводжуючись потемнінням води.

Висновки. Отримані результати підтверджують, що локальний багатопараметричний гідрогеохімічний моніторинг істотно підвищує ефективність виявлення та інтерпретації попередників землетрусів. Характер і амплітуда аномалій визначаються структурним положенням, гідрогеологічним режимом та глибиною осередку. Інтеграція гідрогеохімічних, гідродинамічних, газових і радіогеохімічних даних із геодезичними та мікросейсмічними спостереженнями підвищує надійність прогнозу та зменшує кількість хибних спрацьовувань. Такий міждисциплінарний підхід може змікнути систему оцінки сейсмічної небезпеки регіону та сприяти створенню оперативної системи раннього попередження для всього Кавказького регіону.