Keywords
self-flowing well
hydrogeochemical precursors of earthquakes
Section
Abstract
The Kronotsky and Zhupanovsky earthquakes were the strongest seismic events in the southeastern part of the Kamchatka Peninsula in 1996–2020. The intensity of their induced shaking in Petropavlovsk-Kamchatsky, on the MSK-64 scale, is estimated at 5–6 and 4–5 MSK, respectively. The paper describes and compares the changes in the ion-salt composition of thermomineral waters that were observed before and after the Kronotsky and Zhupanovsky earthquakes. Changes in the ion-salt composition are considered using the example of variations in concentrations of chlorine, bicarbonate, and calcium ions in the water of seven self-flowing wells located in the Petropavlovsk-Kamchatsky area. It is demonstrated that before and after the Kronotsky and Zhupanovsky earthquakes, in the water of most wells an increase in the concentration of chlorine ion and simultaneous decrease in the concentration of bicarbonate ion were observed. In the ГК-1 and Г-1 wells, multidirectional changes in the concentrations of chlorine and bicarbonate ions were anomalous, which makes it possible to consider them as hydrogeochemical predictive signs of severe seismic events.
References
Андерсон Т. Статистический анализ временных рядов. М.: Мир, 1976. 756 с. [Anderson T. Statistical analysis of time series. Moscow: Mir, 1976. 756 p. (in Russian)].
Копылова Г.Н., Болдина С.В. Гидрогеосейсмологические исследования на Камчатке: 1977–2017 гг. // Вулканология и сейсмология. 2019. № 2. С. 3–20. https://doi.org/10.31857/S0203-0306201923-20 [Kopylova G.N., Boldina S.V. Hydrogeoseismological research in Kamchatka: 1977–2017 // Journal of Volcanology and Seismology. 2019. V. 13. № 2. P. 71–84. https://doi.org/10.1134/S0742046319020040].
Копылова Г.Н., Гусева Н.В., Копылова Ю.Г., Болдина С.В. Химический состав подземных вод режимных водопроявлений Петропавловского геодинамического полигона: типизация и эффекты сильных землетрясений // Вулканология и сейсмология. 2018. № 4. С. 43–62. https://doi.org/10.1134/S0203030618040041 [Kopylova G.N., Boldina S.V., Guseva N.V., Kopylova Yu.G. The chemical composition of ground waters in observational water vents in the Petropavlovsk geodynamic test site: the classification and effects of large earthquakes // Journal of volcanology and seismology. 2018. V. 12. № 4. P. 268–286. https://doi.org/10.1134/S0742046318040048].
Копылова Г.Н., Сугробов В.М., Хаткевич Ю.М. Особенности изменения режима источников и гидрогеологических скважин Петропавловского полигона (Камчатка) под влиянием землетрясений // Вулканология и сейсмология. 1994. № 2. С. 53–70 [Kopylova G.N., Sugrobov V.M., Khatkevich Yu.M. Variations in the regime of springs and hydrogeological boreholes in the Petropavlovsk polygon (Kamchatka) related to earthquakes // Vulkanologiya i sejsmologiya. 1994. № 2. P. 53–70 (in Russian)].
Копылова Г.Н., Болдина С.В., Серафимова Ю.К. Предвестники землетрясений в изменениях ионного и газового состава подземных вод: Обзор мировых данных // Геохимия. 2022. Т. 67. № 10. С. 921–941. https://doi.org/10.31857/S0016752522100053 [Kopylova G.N., Boldina S.V., Serafimova Yu.K. Earthquake Precursors in the Ionic and Gas Composition of Groundwater: A Review of World Data // Geochemistry International. 2022. V. 60, № 10. P. 928–946. https://doi.org/10.1134/S0016702922100056].
Левина В.И., Гусев А.А., Павлов В.М. и др. Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 года с Mw = 7.8, I0 = 8 (Камчатка) // Землетрясения Северной Евразии в 1997 г. Обнинск, 2003 г. С. 251–271 [Levina V.I., Gusev A.A., Pavlov V.M. et al. Kronotskoye earthquake on December 5, 1997 with Mw = 7.8, I0 = 8 (Kamchatka) // Zemletryaseniya Severnoj Evrazii v 1997 g. Obninsk, 2003. P. 251–271 (in Russian)].
Любушин А.А. Классификация состояний низкочастотных систем геофизического мониторинга // Физика Земли. 1994. № 7-8. С. 135–141 [Lyubushin A.A. Classification of states of low-frequency geophysical monitoring systems // Fizika Zemli. 1994. № 7–8. P. 135-141 (in Russian)].
Любушин А.А. Анализ данных систем геофизического и экологического мониторинга. М.: Наука, 2007. 228 с. [Lyubushin A.A. Data analysis of geophysical and environmental monitoring systems. Moscow: Nauka, 2007. 228 p. (in Russian)].
Манухин Ю.Ф., Ворожейкина Л.А. Гидрогеология Паратунской гидротермальной системы и условия ее формирования // Гидротермальные системы и термальные поля Камчатки. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 143–178 [Manukhin Yu.F., Vorozheikina L.A. Hydrogeology of the Paratunka hydrothermal system and conditions of its formation // Gidrotermalnye sistemy i termalnye polya Kamchatki. Vladivostok: DVNC AN SSSR, 1976. P. 143–148 (in Russian)].
Медведев С.В., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. М.: МГК АН СССР, 1965. 11 с. [Medvedev S.V., Shponheuer V., Karnik V. Scale of seismic intensity MSK-64. Moscow: MGK Academy of Sciences of the USSR, 1965. 11 p. (in Russian)].
Рябинин Г.В. К вопросу о механизме изменения химического состава воды самоизливающихся скважин в условиях нестационарного режима (на примере скважины ГК-1, полуостров Камчатка) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2022. Вып. 56. №4. С. 75-89. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2022-4-56-75-89 [Ryabinin G.V. On the Mechanism of Changes in the Chemical Composition of Water of Self-Discharging Wells Under Unsteady Non-Stationary Regime (on the Example of the Well ГК-1, Kamchatka Peninsula) // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2022. № 4(56). P. 75–89 (in Russian)].
Рябинин Г.В., Полетаев В.А. Изменения ионно-солевого состава термоминеральных вод в связи с сильнейшими землетрясениями (ML ≥ 7.0) юго-востока полуострова Камчатка // Труды Восьмой Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов 26 сентября – 2 октября 2021 г. Петропавловск-Камчатский. 2021. С. 283–287 [Ryabinin G.V., Poletaev V.A. Changes in the ion-salt composition of thermomineral waters due to the strongest earthquakes (ML ≥ 7.0) in the south-east of the Kamchatka Peninsula // Proceedings of the VIII all-Russian scientific-technical conference with international participation. Problems of complex geophysical monitoring of seismoactive regions 26 September – 2 October 2021. Petropavlovsk-Kamchatsky. 2021. P. 283–287 (in Russian)].
Рябинин Г.В., Хаткевич Ю.М. Гидрогеохимические эффекты, предшествующие сильным землетрясениям Камчатки. Алгоритм идентификации и морфологический анализ // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2009. № 1. Вып. 13. С. 107–121 [Ryabinin G.V., Khatkevich Yu.M. Hydrogeochemical effects preceding strong earthquakes in Kamchatka. Identification algorithm and morphological analysis // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2009. № 1(13). P. 107–121 (in Russian)].
Таран Ю.А., Рябинин Г.В., Покровский Б.Г. и др. Минеральные воды Авачинской депрессии, Камчатка // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2021. Вып. 50. № 2. С. 22–39. https://doi.org/10.31431/1816-5524-2021-2-50-22-39 [Taran Yu.A., Ryabinin G.V., Pokrovski B.G., et al. Mineral Waters of the Avachinsky Depression, Kamchatka // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle. 2021. № 2(50). P. 22–39 (in Russian)].
Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В. Гидрогеохимические исследования на Камчатке в связи с поиском предвестников землетрясений // Вулканология и сейсмология. 2006. № 4. С. 34–42 [Khatkevich Yu.M., Ryabinin G.V. Geochemical and ground-water studies in Kamchatka in the search for earthquake precursors // Vulkanologiya i sejsmologiya. 2006. № 4. P. 34–42 (in Russian)].
Хаткевич Ю.М., Рябинин Г.В. Гидродинамические и гидрогазохимические вариации параметров режима подземных вод в периоды подготовки и реализации Кроноцкого землетрясения 05.12.97 г. // Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 г. Предвестники, особенности, последствия. Петропавловск-Камчатский, 1998 г. С. 134–147 [Khatkevich Yu.M., Ryabinin G.V. Hydrodynamic and hydro-gas-chemical variations of the underground waters behavior before and after the Kronotskoe earthquake of December 5, 1997 // Kronotskoe zemletriasenie 5 dekabria 1997 g. Predvestniki, osobennosti, posledstviia. Petropavlovsk-Kamchatskii, 1998. P. 134–147 (in Russian)].
Чебров В.Н., Кугаенко Ю.А., Абубакиров И.Р. и др. Жупановское землетрясение 30.01.2016 г. с Ks=15.7, Mw=7.2, I=6 (Камчатка) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2016. №1. Вып. № 29. С. 5–16 [Chebrov V.N., Kugaenko Yu.A., Abubakirov I.R. et al. The January 30th, 2016 earthquake with Кs = 15.7, Mw = 7.2, I = 6 in the zhupanovsky region (Kamchatka) // Vestnik KRAUNTs. Nauki o Zemle.2016. № 1(29). P. 5–16 (in Russian)].
Чеброва А.Ю., Чемарев А.С., Матвеенко Е.А., Чебров Д.В. Единая информационная система сейсмологических данных в Камчатском филиале ФИЦ ЕГС РАН: принципы организации, основные элементы, ключевые функции // Геофизические исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 66–91. https://doi.org/10.21455/gr2020.3-5 [Chebrova A.Yu., Chemarev A.S., Matveenko E.A., Chebrov D.V. Seismological data information system in Kamchatka branch of GS RAS: organization principles, main elements and key functions // Geofizicheskie issledovaniia. 2020. V. 21. № 3. P. 66–91 (in Russian)].
Шеймович В.С. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200 000. Серия Южно-Камчатская. Объяснительная записка. С-Пб. картографическая фабрика ВСЕГЕИ. 2000. 302 с. [Sheymovich V.S. State Geological Map of the Russian Federation. Scale 1:200 000. The Yuzhno-Kamchatskaya series. Explanatory note. St. Petersburg cartographic factory VSEGEI. 2000. 302 p. (in Russian)].
Ekström G., Nettles M., Dziewonski A.M. The global CMT project 2004–2010: Centroid-moment tensors for 13,017 earthquakes // Physics of the Earth and Planetary Interiors. 2012. V. 200–201. P. 1–9. https://doi.org/10.1016/j.pepi.2012.04.002
Kopylova G., Boldina S. Preseismic Groundwater Ion Content Variations: Observational Data in Flowing Wells of the Kamchatka Peninsula and Conceptual Model // Minerals. 2021. V. 11. № 7. P. 1–17. https://doi.org/10.3390/min11070731
Kopylova G.N., Boldina S.V. 2020. Hydrogeological Earthquake Precursors: A Case Study from the Kamchatka Peninsula // Frontiers in Earth Science V. 8. 576017. https://doi.org/10.3389/feart.2020.576017
Taran Y., Ryabinin G., Pokrovsky B., Cienfuegos E. Methane-rich thermal and mineral waters of the Avachinsky Depression, Kamchatka // Applied Geochemistry. 2022. V. 145. P. 2–11. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105414
Thomas D. Geochemical precursors to seismic activity // Pageoph. 1988. V. 126. P. 241–266. https://doi.org/10.1007/bf00878998
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Copyright (c) 2025 Г.В. Рябинин; В.А. Полетаев