SOME FEATURES OF CURRENT TECHNOGENIC MOVEMENTS OF THE EARTH’S CRUST

We describe the history of studying the current crustal movements by various methods and discuss technogenic effects recorded at large water-reservoir zones and mineral deposits in Siberia. Initially, classical surveying techniques aimed to obtain high-accuracy ground-based measurements of height, tilt and direction. Modern geodesy techniques and methods for measuring absolute gravity are now available to investigate displacement, deformation, tilt and other phenomena taking place on the Earth’s surface. These methods are used to estimate kinematic parameters of the crust areas (e.g. rates of subsidence and horizontal movements) and to monitor fluid motions in mineral deposits. Such data are critical for ensuring a proper management of the mineral deposits. In this article, we analyse technogenic processes observed in the Ust Balyk oil-gas field, the Zapolyarny gas deposit, the water-reservoir zone at the Sayano-Shushenskaya hydroelectric power station (SSHPS) on the Yenisei river, and large open-pit mines in the Kuzbass basin. Our analysis is based on surface displacement rates estimated from the data collected in different periods of observations at large man-made facilities. In the study of the hydro technical objects, we estimated the displacement rates at 5.0 mm per year. In the northern areas of the West Siberian petroleum basin, subsidence rates amounted to 20–25 mm per year in the early 2000s. These estimates were supported by the high-accuracy gravity measurements showing an increase up to 6–7 microGal per year in the oil-gas field development areas. We assess a possibility of triggering effects related to weak seismicity due to a high stress accumulation rate (1 KPa per hour) in the SSHPS area. A connection between earth tides and catastrophic events, such as gas emissions in high amounts on mining sites, is discussed. Having analysed the surface monitoring records taken in South Primorye in September 2017, we conclude that underground nuclear explosions in North Korea in this period did not cause any significant displacement of the surface in this most southerly region of the Russian Far East territories

ГЛУБИННОЕ СТРОЕНИЕ ГОРНОГО АЛТАЯ И СОВРЕМЕННЫЕ МОДЕЛИ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОЛЯ

The results of the ground-based absolute gravity and space geodetic measurements for the Altai Mountains were considered in combination with EIGEN-6C4 Global Geopotential Model (ETOPO1 Global Relief Model) generated from the satellite data. Analysis was made on different kinds of data: model values for the vertical component of gravity, values of Bouguer and Faye gravity reductions, variations of the vertical gravity gradient, and changes in altitude of the measurement sites. With EIGEN-6C4 model for Bouguer reduction, the crustal thickness curve was drawn along the Novosibirsk (southern West Siberia) – Ukok Plateau (Altai Mountains) line with a length of 800 km. The Moho depth increases from 40 km in the northwest of the area to 51 km in the southeast. For the homogeneous crust model, there was obtained the Moho depth distribution in the Altai Mountains and their foothills.The analysis of the results of modeling Bouguer and Faye reductions, the data on quasigeoid heights and the relationship between relief height and Bouguer anomalies implies that the Altai Mountains area as a whole is isostatically compensated. Non-compensated are some intermountain basins, such as, for example, the Kurai and Chuya valleys.Результаты наземных измерений в районах Горного Алтая, полученные методами абсолютной гравиметрии и космической геодезии, рассматривались совместно с моделью геопотенциала EIGEN-6C4 (модель рельефа ETOPO1), построенной по спутниковым данным. Анализировались различные виды данных: модельные величины вертикальной составляющей силы тяжести, значения силы тяжести в редукциях Буге, Фая, вариации вертикального градиента силы тяжести и изменения высот пунктов. С использованием модели EIGEN-6C4 в редукции Буге построен график мощности земной коры по линии Новосибирск (юг Западной Сибири) – плато Укок (Горный Алтай) длиной 800 км. Глубина границы Мохоровичича увеличивается от 40 км на северо-западе территории до 51 км на юго-востоке. Для модели однородной коры получено распределение глубин по поверхности Мохоровичича в Горном Алтае и его предгорьях.Анализируя результаты построений в редукциях Буге и Фая, данные о высотах квазигеоида и соотношение высоты рельефа и аномалий Буге, следует сделать вывод, что в целом территория Горного Алтая изостатически скомпенсированна. Являются нескомпенсированными отдельные межгорные впадины, например Курайская и Чуйская долины

ВАРИАЦИИ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ И СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА ЮГОЗАПАДНОЙ ЧАСТИ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА

Modern methods for determination of gravity values make it possible to obtain measurements with the accuracy up to 10–9 from g0 of the normal value (up to 1 microgal = 10 m/sec2). While all the systematic and periodic effects are excluded, a question is raised about stability of the gravity field of the Earth over time. Changes of the altitude (the Earth’s radius) with time can be estimated with an accuracy of 0.1 mm by modern space geodetic techniques, such as VLBI method. Our experiments for evaluation of stability of the gravity values over the past decades are based on the data obtained by Russian and foreign observatories using absolute ballistic laser gravimeters. The results put a limit of 10–10 per year to changes of the Earth’s radius. These estimations can be useful for testing hypotheses in tectonics.Measurements of non-tidal variations of gravity (Δg), which were obtained from 1992 to 2012 at the Talaya seismic station (located in the south-western part of the Baikal region), are interpreted together with GPS observation data. At the Talaya seismic station, the linear component of gravity variations corresponds to changes in the elevation of this site. The correlation coefficient is close to the normal value of the vertical gradient of gravity. At this site, coseismic gravity variations at the time of the Kultuk earthquake (27 August 2008, Mw=6.3) were caused by a combined effect of the change of the site’s elevation and deformation of the crust. Our estimations of the coseismic effects are consistent with results obtained by modeling based on the available seismic data.Современные методы определения значения силы тяжести позволяют проводить измерения с точностью до 10–9 от g0 нормального значения (до 1 микрогала = 10 нм/с2). При этом исключаются все систематические и периодические эффекты и возникает вопрос о стабильности поля силы тяжести Земли во времени. Оценить изменения высоты (радиуса Земли) во времени с точностью до 0.1 мм позволяют современные методы космической геодезии (VLBI метод). Экспериментальные оценки стабильности значения силы тяжести за последние десятилетия сделаны по материалам отечественных и зарубежных обсерваторий, использующих абсолютные лазерные баллистические гравиметры. Полученные результаты ограничивают изменение радиуса Земли значением 10–10 в год. Эти оценки можно использовать для тестирования тектонических гипотез.Результаты измерений неприливных вариаций ускорения силы тяжести Δg, проведенных в 1992–2012 гг. на сейсмостанции «Талая» (юго-западная часть Байкальского региона), интерпретируются совместно с данными GPS-наблюдений. Линейная составляющая вариации силы тяжести на станции Талая соответствует изменениям высоты пункта. Коэффициент корреляции близок к нормальному значению вертикального градиента силы тяжести. Косейсмические вариации силы тяжести на этом пункте в эпоху Култукского землетрясения (27.08.2008 г., Мw=6.3) вызваны комплексным эффектом изменения высоты пункта и деформации земной коры. Оценки косейсмических эффектов соответствуют результатам моделирования на основе сейсмологических данных

GRAVITY VARIATIONS AND RECENT GEODYNAMICS OF THE SOUTH-WESTERN PART OF THE BAIKAL REGION

Modern methods for determination of gravity values make it possible to obtain measurements with the accuracy up to 10–9 from g0 of the normal value (up to 1 microgal = 10 m/sec2). While all the systematic and periodic effects are excluded, a question is raised about stability of the gravity field of the Earth over time. Changes of the altitude (the Earth’s radius) with time can be estimated with an accuracy of 0.1 mm by modern space geodetic techniques, such as VLBI method. Our experiments for evaluation of stability of the gravity values over the past decades are based on the data obtained by Russian and foreign observatories using absolute ballistic laser gravimeters. The results put a limit of 10–10 per year to changes of the Earth’s radius. These estimations can be useful for testing hypotheses in tectonics.Measurements of non-tidal variations of gravity (Δg), which were obtained from 1992 to 2012 at the Talaya seismic station (located in the south-western part of the Baikal region), are interpreted together with GPS observation data. At the Talaya seismic station, the linear component of gravity variations corresponds to changes in the elevation of this site. The correlation coefficient is close to the normal value of the vertical gradient of gravity. At this site, coseismic gravity variations at the time of the Kultuk earthquake (27 August 2008, Mw=6.3) were caused by a combined effect of the change of the site’s elevation and deformation of the crust. Our estimations of the coseismic effects are consistent with results obtained by modeling based on the available seismic data

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ДВИЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ

We describe the history of studying the current crustal movements by various methods and discuss technogenic effects recorded at large water-reservoir zones and mineral deposits in Siberia. Initially, classical surveying techniques aimed to obtain high-accuracy ground-based measurements of height, tilt and direction. Modern geodesy techniques and methods for measuring absolute gravity are now available to investigate displacement, deformation, tilt and other phenomena taking place on the Earth’s surface. These methods are used to estimate kinematic parameters of the crust areas (e.g. rates of subsidence and horizontal movements) and to monitor fluid motions in mineral deposits. Such data are critical for ensuring a proper management of the mineral deposits. In this article, we analyse technogenic processes observed in the Ust Balyk oil-gas field, the Zapolyarny gas deposit, the water-reservoir zone at the Sayano-Shushenskaya hydroelectric power station (SSHPS) on the Yenisei river, and large open-pit mines in the Kuzbass basin. Our analysis is based on surface displacement rates estimated from the data collected in different periods of observations at large man-made facilities. In the study of the hydro technical objects, we estimated the displacement rates at 5.0 mm per year. In the northern areas of the West Siberian petroleum basin, subsidence rates amounted to 20–25 mm per year in the early 2000s. These estimates were supported by the high-accuracy gravity measurements showing an increase up to 6–7 microGal per year in the oil-gas field development areas. We assess a possibility of triggering effects related to weak seismicity due to a high stress accumulation rate (1 KPa per hour) in the SSHPS area. A connection between earth tides and catastrophic events, such as gas emissions in high amounts on mining sites, is discussed. Having analysed the surface monitoring records taken in South Primorye in September 2017, we conclude that underground nuclear explosions in North Korea in this period did not cause any significant displacement of the surface in this most southerly region of the Russian Far East territories.В работе рассматриваются зарегистрированные авторами техногенные эффекты, связанные с эксплуатацией крупных водохранилищ и месторождений полезных ископаемых в Сибири. Рассмотрена история измерений смещений и деформаций и связанных с ними явлений с помощью различных методов. Начало таких исследований связано с классическими методами – нивелированием и высокоточной наклонометрией. В настоящее время мониторинг современных процессов выполняется методами космической геодезии и абсолютной гравиметрии, что позволяет как получать кинематические характеристики (скорость опускания или подъема, скорость и величину горизонтального смещения поверхности), так и отслеживать движение флюида в земной коре, а это дает возможность регулировать процесс добычи полезных ископаемых. Анализируются современные техногенные явления в районе Усть-Балыкского и Заполярного нефтегазовых месторождений Западной Сибири, в зоне водохранилища Саяно-Шушенской гидроэлектростанции (СШГЭС) и шахт Кузбасса. Представлены полученные скорости движений земной коры в зонах эксплуатации крупных техногенных объектов в отдельные эпохи измерений. По нашим наблюдениям, для гидротехнических сооружений они достигают 5 мм/год. В зоне эксплуатации нефтегазовых месторождений на севере Западной Сибири в начале 2000-х гг. скорость опускания составила 20–25 мм/год, что подтверждается высокоточными абсолютными измерениями силы тяжести, показывающими увеличение значения на 6–7 микрогал/год. Обсуждается возможность триггерного эффекта для возникновения слабой сейсмичности, связанного с высокой скоростью накопления напряжений (1 КПа/час) в зоне водохранилища СШГЭС, расположенной в Западно-Саянском регионе. В работе проанализирована связь земного прилива и техногенных событий. Результаты наблюдений, выполненных в сентябре 2017 г., свидетельствуют о том, что подземные ядерные взрывы в КНДР не приводят к значимым смещениям земной поверхности на юге Приморья