ИЗУЧЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИЙ РАСТВОРЕННЫХ ГЕЛИЯ И РАДОНА В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ЮЖНОГО ПРИБАЙКАЛЬЯ В СВЯЗИ С СЕЙСМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

It is known that changes in geochemical fields may be due to the formation and development of earthquake foci. Hydrogeochemical fields at observation sites can be disturbed by underground shocks of sufficient energy, which occur at specific epicentral distances. Our study aimed to reveal these relationships by analysing the concentrations of helium and radon in groundwaters of Southern Pribaikalie, the area around Lake Baikal in Russia. Water samples were taken daily at 10 a.m. from artesian well No. 3 in Zeleny Mys, Irkutsk region. After water sparging, radon concentrations were measured by beta-detection Camera-01 and INGEM-1 (magnetic discharge indicator of helium) to determine helium concentrations. We analysed the concentration values in connection with 22 seismic events that occurred from 2010 to 2016 at the hydrogeochemical observation site (energy classes K of 10.4–14.5; epicentral distances of 40–750 km; conditional energy of K’>6). Based on the radon and helium concentration diagrams, specific regularities were established in the concentration variations before the earthquakes. Generally, concentration variations (increasing/decreasing) in excess of 1.5–2.0 standard deviations preceded earthquakes. This article presents the study results and discusses variations in the radon and helium concentrations, which are due to the seismic process and can be considered as a short-term precursor of earthquakes.Известно, что изменения геохимических полей нередко обусловлены формированием и реализацией очагов землетрясений, причем тех подземных толчков, которые по своему энергетическому классу и эпицентральному расстоянию способны оказывать влияние на гидрогеохимические поля в пунктах наблюдений. С целью установления этих взаимосвязей в Южном Прибайкалье проводятся исследования содержаний растворенных в подземных водах радона и гелия. В качестве пункта наблюдения использовалась артезианская скважина № 3 бывшего профилактория «Зеленый Мыс» (Иркутская область). Пробы воды, отбираемые ежедневно в 10 часов утра, подвергались процессу барботажа и последующему измерению концентраций радона на блоках бета-детектирования комплекса «Камера-01», а также на приборе ИНГЕМ-1 (индикатор гелия магниторазрядный) для определения концентраций гелия. За период с 2010 по 2016 г. нами было рассмотрено 22 сейсмических события с энергетическими классами К от 10.4 до 14.5 и эпицентральными расстояниями от 40 до 750 км, которые проявились в пункте гидрогеохимических наблюдений с условной энергетической характеристикой K’>6. Установлено, что накануне землетрясений в вариациях концентраций обнаруживаются определенные закономерности, которые могут служить предвестниками времени возникновения землетрясений. Они выражаются в своеобразных формах кривых на графиках содержаний радона и гелия. Их вариации, превышающие величину полутора – двух среднеквадратичных отклонений в сторону повышения или понижения концентраций, как правило, предшествовали землетрясениям. В данной статье рассматриваются полученные результаты изменений вариаций вышеуказанных газов, которые обусловлены сейсмическим процессом и могут служить краткосрочным предвестником землетрясений

Факторы, влияющие на затухание сейсмических волн в литосфере в зонах континентального рифтогенеза

Attenuation of seismic waves in the crust and the upper mantle has been studied in three global rift systems: the Baikal rift system (Eurasia), the North Tanzanian divergence zone (Africa) and the Basin and Range Province (North America). Using the records of direct and coda waves of regional earthquakes, the single scattering theory [Aki, Chouet, 1975], the hybrid model from [Zeng, 1991] and the approach described in [Wennerberg, 1993], we estimated the seismic quality factor (QC), frequency parameter (n), attenuation coefficient (δ), and total attenuation (QT). In addition, we evaluated the contributions of two components into total attenuation: intrinsic attenuation (Qi), and scattering attenuation (Qsc). Values of QC are strongly dependent on the frequency within the range of 0.2–16 Hz, as well as on the length of the coda processing window. The observed increase of QC with larger lengths of the coda processing window can be interpreted as a decrease in attenuation with increasing depth. Having compared the depth variations in the attenuation coefficient (δ) and the frequency (n) with the velocity structures of the studied regions, we conclude that seismic wave attenuation changes at the velocity boundaries in the medium. Moreover, the comparison results show that the estimated variations in the attenuation parameters with increasing depth are considerably dependent on utilized velocity models of the medium. Lateral variations in attenuation of seismic waves correlate with the geological and geophysical characteristics of the regions, and attenuation is primarily dependent on the regional seismic activity and regional heat flow. The geological inhomogeneities of the medium and the age of crust consolidation are secondary factors. Our estimations of intrinsic attenuation (Qi) and scattering attenuation (Qsc) show that in all the three studied regions, intrinsic attenuation is the major contributor to total attenuation. Our study shows that the characteristics of seismic wave attenuation in the three different rift systems are consistent with each other, and this may suggest that the lithosphere in the zones of these different rift systems has been modified to similar levels.Проведено исследование затухания сейсмических волн в земной коре и верхней мантии трех крупных рифтовых систем мира: Байкальской рифтовой системы (Евразия), Северо-Танзанийской дивергентной зоны (Африка) и Провинции Бассейнов и Хребтов (Северная Америка). По записям прямых и кода-волн региональных землетрясений с использованием теории однократного рассеяния [Aki, Chouet, 1975], гибридной модели [Zeng, 1991] и подхода [Wennerberg, 1993] рассчитаны значения сейсмической добротности (QC), частотного параметра (n), коэффициента затухания (δ), общего затухания (QT), а также проведена оценка вклада двух компонент затухания – внутреннего затухания (Qi) и затухания вследствие рассеяния на неоднородностях среды (Qsc) – в общее затухание. Значения QC показывают высокую зависимость от частоты в диапазоне 0.2–16.0 Гц и длины окна обработки коды. Наблюдаемое увеличение QC с увеличением длины окна обработки коды может быть интерпретировано как проявление уменьшения затухания с глубиной. Сопоставление глубинных вариаций коэффициента затухания δ и частотного параметра n со скоростным строением регионов говорит о приуроченности изменений в затухании сейсмических волн к скоростным границам в среде. Вместе с тем опыт такого сопоставления показывает, что результаты оценки глубинных вариаций параметров затухания в значительной степени зависят от применяемой скоростной модели среды. Латеральные вариации затухания сейсмических волн коррелируют с геологическими и геофизическими характеристиками регионов, при этом затухание зависит в первую очередь от сейсмической активности и теплового потока региона. Геологическая неоднородность среды и возраст консолидации коры являются факторами второго порядка. Расчет внутреннего затухания (Qi) и затухания вследствие рассеяния сейсмических волн на неоднородностях среды (Qsc) для рассматриваемых рифтовых систем показал, что для всех трех регионов наибольший вклад в общее затухание дает внутреннее затухание. Полученные характеристики затухания сейсмических волн для трех разных рифтовых систем в целом согласуются между собой, что может свидетельствовать о сопоставимых по уровню процессах модификации литосферы в разных рифтовых зонах

Гелиогеодинамика и сейсмичность в Прибайкалье

The field of earthquake epicentres of Pribaikalie (Russia) is reconstructed from the data of historical and instrumental monitoring of earthquakes. The analysis shows that seismic events in the study area are distributed irregularly in space and time. The seismic process in Pribaikalie is investigated through the prism of seismic structures in the lithosphere; the irregular occurrence of seismic events in time is considered with reference to seismic weather and climate; and the causes of periodic activations of the seismic process are discovered in relation to the external effects on the Earth's physical fields from cosmic and solar processes. It is proposed to classify the seismic structures as specific geometric objects located in the lithosphere. Such objects are viewed as abstract structural elements. Some regular features are noted in the occurrence of seismic events. It is revealed that the seismic process in time shows a similarity with the course of hydrometeorological processes, which is reflected in the periodicity of elastic energy release, if only the change in the number of earthquakes (of different energy classes) in time is analysed by years. An evidently regular time pattern of seismically active periods suggests that the seismic process is influenced by some external factors. In this study, we apply the concepts of heliogeodynamics, space climate and weather to investigate such factors.Анализ эпицентрального поля землетрясений в Прибайкалье выявил пространственно-времен­ную неравномерность распределения сейсмических событий. Это позволило рассмотреть развитие сейсмического процесса через призму сейсмических структур литосферы, а неравномерность проявления событий по времени – в рамках сейсмической погоды и климата. Причины периодических активизаций сейсмического процесса связаны с внешним воздействием на физические поля Земли космических и солнечных процессов. В рамках сказанного дается классификация сейсмических структур как неких геометрических объектов, располагающихся в теле литосферы и являющихся ее абстрактными структурными элементами. Рассмотрены некоторые закономерности проявления сейсмических событий. Временной ход сейсмического процесса проявляет сходство с протеканием гидрометеорологических процессов, что находит свое отражение в периодичности реализации упругой энергии, если только рассматривать изменение во времени числа землетрясений различных энергетических классов по годам. Использованы материалы исторического и инструментального мониторинга землетрясений в Прибайкалье. Устойчивая периодичность сейсмических активизаций наводит на мысль о том, что на ход процесса влияют некие внешние факторы, рассматриваемые в рамках концепций гелиогеодинамики, космического климата и погоды

ОСОБЕННОСТИ СКОРОСТНОГО СТРОЕНИЯ ВЕРХНЕЙ МАНТИИ ЗАБАЙКАЛЬЯ НА УЧАСТКЕ МОНГОЛО-ОХОТСКОГО ОРОГЕННОГО ПОЯСА

The paper presents the results of deep seismic studies on Geophysical Reference Profile 1-SB (Sredneargunsk – Ust-Karenga – Taksimo – Vitim) in East Transbaikalia,Russia. The1200 kmlong profile crosses the major tectonic structures of the Central Asian fold belt: the Argun median massif, the Selenga-Stanovoy and Transbaikalia folded regions, and the Baikal rift zone. Its northwestern fragment extends into the Angara-Lena monocline of the Siberian platform. The southeastern (Transbaikalia) and northwestern (Baikal-Patom) fragments of the profile are based on the spot (differential) seismic sounding technique using explosions and 40-tonne vibrators. The south­eastern (Transbaikalia) fragment shows small crustal thickness values (~40 km), an almost horizontal position of the Moho, and high velocities of longitudinal waves (~8.4 km/sec) beneath the Moho. The analysis of parallelism graphs and the dynamic expression of the wave refracted from the Moho suggests a less than 5–10 km thick layer of high velocities and low gradients below Moho. The database on theterritoryofTransbaikaliaincludes ~200 wave arrival times from large earthquakes, which were refracted at the Moho at distances of ~200–1400 km. As part of the tomographic interpretation, using additional DSS data on the Moho, theterritoryofTransbaikaliahas been mapped to show the patterns of the threshold velocity values at the Moho. The seismic data was used to contour an area with high velocity values in the mantle in the central part of the Mongolia-Okhotsk orogenic belt and the neighboring fold structures of Transbaikalia. According to the analysis of the seismic and geologic data on the study area, the mantle layer with high velocity values in the Mongolian-Okhotsk orogenic belt may be represented by the eclogitic rock plates.Представлены материалы глубинных сейсмических исследований в Восточном Забайкалье на опорном геофизическом профиле 1-СБ (п. Среднеаргунск – п. Усть-Каренга – г. Таксимо – п. Витим) длиной свыше1200 км. Профиль пересекает крупные тектонические структуры Центрально-Азиатского складчатого пояса: Аргунский срединный массив, Селенгино-Становую и Забайкальскую складчатые области, Байкальскую рифтовую зону и в северо-западной части выходит в Ангаро-Ленскую моноклизу Сибирской платформы. На юго-восточном (Забайкальском) и северо-западном (Байкало-Патомском) фрагментах профиля по методике точечных дифференциальных сейсмических зондирований с использованием взрывов и мощных 40-тонных вибраторов отработаны детальные системы наблюдений глубинного сейсмического зондирования. В юго-восточной части профиля (Забайкальский фрагмент) выявлена небольшая мощность земной коры (~40 км) при практически горизонтальном залегании границы Мохоровичича и высокая скорость продольных волн (~8.4 км/с) под ней. Анализ графиков параллельности и динамической выразительности преломленной волны от границы Мохоровичича позволил предположить наличие высокоскоростного слабоградиентного слоя мощностью не менее 5–10 км ниже границы Мохоровичича. По территории Забайкалья были собраны данные о ~200 временах пробега волн от крупных землетрясений, преломленных на границе Мохоровичича на удалениях ~200–1400 км. В рамках томографической интерпретации, с использованием дополнительных сведений о границе Мохоровичича по данным ГСЗ, построены площадные карты распределений граничной скорости по границе Мохоровичича на территории Забайкалья. Привлечение данных сейсмологии позволило оконтурить участок площади с высокими значениями скорости в подкоровой мантии центральной части Монголо-Охотского орогенного пояса и сопредельных складчатых структур Забайкалья. На основе анализа полученных сейсмических данных и геологических сведений по региону исследований высказано предположение, что в районе Монголо-Охотского орогенного пояса высокоскоростной слой мантии может быть представлен пластинами эклогитоподобных пород

ПРОБЛЕМЫ НАВЕДЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ И ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ВОДОХРАНИЛИЩ БАЙКАЛОАНГАРСКОГО КАСКАДА

The paper presents results of analysis of induced seismicity and changes in processes related to engineering geology in coastal zones of reservoirs of the BaikalAngara cascade. It is proposed to establish a system for monitoring of geological and geophysical processes in order to avoid disturbances in the modes of operation of large hydrotechnical facilities and waterside structures.В работе приводятся результаты анализа проявления наведенной сейсмичности и изменений инженерногеологических процессов в прибрежных зонах водохранилищ БайкалоАнгарского каскада. Даны предложения по организации на этих территориях мониторинга ряда геологогеофизических процессов с целью предотвращения нарушений в режиме работы крупных гидротехнических сооружений

Measurement of Leading Proton and Neutron Production in Deep Inelastic Scattering at HERA

Deep--inelastic scattering events with a leading baryon have been detected by the H1 experiment at HERA using a forward proton spectrometer and a forward neutron calorimeter. Semi--inclusive cross sections have been measured in the kinematic region 2 <= Q^2 <= 50 GeV^2, 6.10^-5 <= x <= 6.10^-3 and baryon p_T <= MeV, for events with a final state proton with energy 580 <= E' <= 740 GeV, or a neutron with energy E' >= 160 GeV. The measurements are used to test production models and factorization hypotheses. A Regge model of leading baryon production which consists of pion, pomeron and secondary reggeon exchanges gives an acceptable description of both semi-inclusive cross sections in the region 0.7 <= E'/E_p <= 0.9, where E_p is the proton beam energy. The leading neutron data are used to estimate for the first time the structure function of the pion at small Bjorken--x.Comment: 30 pages, 9 figures, 2 tables, submitted to Eur. Phys.

Charmonium Production in Deep Inelastic Scattering at HERA

The electroproduction of J/psi and psi(2S) mesons is studied in elastic, quasi-elastic and inclusive reactions for four momentum transfers 2 Q^2 80 GeV^2 and photon-proton centre of mass energies 25 W 180 GeV. The data were taken with the H1 detector at the electron proton collider HERA in the years 1995 to 1997. The total virtual photon-proton cross section for elastic J/psi production is measured as a function of Q^2 and W. The dependence of the production rates on the square of the momentum transfer from the proton (t) is extracted. Decay angular distributions are analysed and the ratio of the longitudinal and transverse cross sections is derived. The ratio of the cross sections for quasi-elastic psi(2S) and J/psi meson production is measured as a function of Q^2. The results are discussed in terms of theoretical models based upon perturbative QCD. Differential cross sections for inclusive and inelastic production of J/psi mesons are determined and predictions within two theoretical frameworks are compared with the data, the non-relativistic QCD factorization approach including colour octet and colour singlet contributions, and the model of Soft Colour Interactions

Factors influencing seismic wave attenuation in the lithosphere in continental rift zones

International audienc

THE STUDY OF DISSOLVED HELIUM AND RADON CONCENTRATIONS IN GROUNDWATERS OF SOUTHERN PRIBAIKALIE IN CONNECTION WITH SEISMIC PROCESSES

It is known that changes in geochemical fields may be due to the formation and development of earthquake foci. Hydrogeochemical fields at observation sites can be disturbed by underground shocks of sufficient energy, which occur at specific epicentral distances. Our study aimed to reveal these relationships by analysing the concentrations of helium and radon in groundwaters of Southern Pribaikalie, the area around Lake Baikal in Russia. Water samples were taken daily at 10 a.m. from artesian well No. 3 in Zeleny Mys, Irkutsk region. After water sparging, radon concentrations were measured by beta-detection Camera-01 and INGEM-1 (magnetic discharge indicator of helium) to determine helium concentrations. We analysed the concentration values in connection with 22 seismic events that occurred from 2010 to 2016 at the hydrogeochemical observation site (energy classes K of 10.4–14.5; epicentral distances of 40–750 km; conditional energy of K’&gt;6). Based on the radon and helium concentration diagrams, specific regularities were established in the concentration variations before the earthquakes. Generally, concentration variations (increasing/decreasing) in excess of 1.5–2.0 standard deviations preceded earthquakes. This article presents the study results and discusses variations in the radon and helium concentrations, which are due to the seismic process and can be considered as a short-term precursor of earthquakes

Factors influencing seismic wave attenuation in the lithosphere in continental rift zones

Attenuation of seismic waves in the crust and the upper mantle has been studied in three global rift systems: the Baikal rift system (Eurasia), the North Tanzanian divergence zone (Africa) and the Basin and Range Province (North America). Using the records of direct and coda waves of regional earthquakes, the single scattering theory [Aki, Chouet, 1975], the hybrid model from [Zeng, 1991] and the approach described in [Wennerberg, 1993], we estimated the seismic quality factor (QC), frequency parameter (n), attenuation coefficient (delta), and total attenuation (QT). In addition, we evaluated the contributions of two components into total attenuation: intrinsic attenuation (Qi), and scattering attenuation (Qsc). Values of QC are strongly dependent on the frequency within the range of 0.2-16 Hz, as well as on the length of the coda processing window. The observed increase of QC with larger lengths of the coda processing window can be interpreted as a decrease in attenuation with increasing depth. Having compared the depth variations in the attenuation coefficient (delta) and the frequency (n) with the velocity structures of the studied regions, we conclude that seismic wave attenuation changes at the velocity boundaries in the medium. Moreover, the comparison results show that the estimated variations in the attenuation parameters with increasing depth are considerably dependent on utilized velocity models of the medium. Lateral variations in attenuation of seismic waves correlate with the geological and geophysical characteristics of the regions, and attenuation is primarily dependent on the regional seismic activity and regional heat flow. The geological inhomogeneities of the medium and the age of crust consolidation are secondary factors. Our estimations of intrinsic attenuation (Qi) and scattering attenuation (Qsc) show that in all the three studied regions, intrinsic attenuation is the major contributor to total attenuation. Our study shows that the characteristics of seismic wave attenuation in the three different rift systems are consistent with each other, and this may suggest that the lithosphere in the zones of these different rift systems has been modified to similar levels