Estimation of coseismic deformation, poroelasticity, and fracturing of rocks from the data on water level in a borehole

V Yu Timofeev,E V Boiko,P Yu Gornov,A V Yaroshevich,D G Ardyukov,A V Timofeev

doi:10.1134/s1069351312060067

Abstract

Variations in the water level in boreholes emerge in response to tidal, baric, and tectonic forcing. We analyze the data on atmospheric pressure and water level recorded in the boreholes located in the mid-latitude Eurasia (45°–55°N) from Western Europe (Belgium, Uccle), Siberia (coastal area of Lake Baikal, Talaya River) to Far Eastern Russia (the Bychikha borehole near Khabarovsk and the boreholes on the Kamchatka Peninsula and Kurils). The response of the water level in a borehole to periodic tidal and baric impacts is investigated. In this case, water level variations reflect areal (lateral) and vertical deformations, which allows estimating the elastic moduli and porosity of the confined aquifer in a static model. Measurements in the boreholes drilled in the fractured solid rock enable determining the geometric parameters of the fractures. The possibility to apply the method for evaluating tectonic deformations is discussed. Application of tidal coefficients of boreholes for determining the coseismic deformation is demonstrated by the example of the Kultuk earthquake (Lake Baikal, August 27, 2008, M = 6.3).

Highlights

Measurements of nontidal variations of gravity (∆g), which were obtained from 1992 to 2012 at the Talaya seismic sta tion, are interpreted together with GPS observation data
At the Ta laya seismic station, the linear component of gravity variations corresponds to changes in the elevation of this site
The corre lation coefficient is close to the normal value of the vertical gradient of gravity

Summary

ВВЕДЕНИЕ

Гравиметрические наблюдения являются важной частью комплексных геофизических измерений. Вы сокоточные измерения позволяют оценить стабиль ность значения силы тяжести и значения высоты пунк та во времени – рассмотреть возможность изменения радиуса Земли, т.е. Вместе с тем физически очевидная связь вертикальных смещений и изменений силы тя жести до последнего времени не находила ясного от ражения в экспериментальных результатах, получен ных в зонах высокой сейсмичности. Важным дополнением этих работ являются измерения локальной деформации поверхности. Наи более интересные результаты могут быть получены при проведении многолетних наблюдений, включая периоды сильных землетрясений со значительными косейсмическими изменениями. Исследова ния проводились в Байкальской рифтовой зоне (БРЗ), где наблюдается активный сейсмический процесс и регистрируется более 2000 землетрясений в год, при этом в центре БРЗ в основном регистрируются земле трясения со значительной вертикальной компонентой смещений. Измерения проводились отечественным абсолютным гравиметром ГАБЛ [Arnautov et al, 1994], геодезическими двухчастотными приемниками TRIMBLE4700, лазерными и штанговыми деформо графами и приливными наклономерами

ОЦЕНКА СТАБИЛЬНОСТИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ ЗЕМЛИ

МОНИТОРИНГОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ В ОБСЕРВАТОРИИ ТАЛАЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА