Количество просмотров статьи:

УДК 550.844+546.791.027+632.126

https://doi.org/10.26516/2541-9641.2025.4.73

EDN: STZRHL

Землетрясения Байкальской рифтовой системы в 2025 г.: снижение сейсмичности без существенных изменений гидрогеодинамики*

С.В. Рассказов^1,2, Е.П. Чебыкин¹, С.В. Снопков^2,3, А.М. Ильясова¹, И.С. Чувашова¹

¹Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия

²Иркутский государственный университет, Иркутск, Россия

³ Иркутский национальный исследовательский технический университет, Иркутск, Россия

Аннотация. В контексте развития 10–12-летних сейсмических циклов Байкальской рифтовой системы (БРС) сейсмичность 2025 г. падает с переходом от эпизодического проявления сильных землетрясений Байкало-Хубсугульской и Северо-Байкальско-Хангайской активизаций 2020–2024 гг. (энергетический класс К=13–15,7) к умеренным и слабым землетрясениям середины сейсмического цикла (К<13). Соответственно, содержание термофильного компонента Si подземных вод ст. 27 Култукского полигона слегка снижается. Между тем, другие гидрогеодинамические параметры (урановые компоненты: отношение активностей ²³⁴U/²³⁸U, концентрации U и ²³⁴U, термофильные компоненты: Li и Na) сохраняются в подземных водах 2025 г. в пределах значений, которые были характерны для подземных вод во время сильных землетрясений 2020–2024 гг. Дальнейший ход сейсмического цикла БРС зависит от соотношения сил, создающихся в Японско-Байкальском геодинамическом коридоре и Саяно-Монгольском секторе Индо-Азиатской конвергенции. Возможны различные варианты перехода к будущей сильной сейсмической активизации. Направленность эволюции сейсмического процесса будет определяться в зависимости от трендов гидрогеодинамических параметров подземных вод.

Ключевые слова: подземные воды, мониторинг, гидрогеохимия, окислительно-восстановительный потенциал, землетрясения, Байкал

Введение

Землетрясения Байкальской рифтовой системы (БРС) и гидрогеохимические изменения в подземных водах находятся между собой в парагенетических соотношениях, отражающих деформации земной коры (Rasskazov et al., 2024). Землетрясения – результат деформационных процессов, реализующихся в ее средней части, недоступной для непосредственных наблюдений. Состав подземных вод – результат взаимодействия вода–порода в доступной для мониторинга ее верхней части. Из гидрогеохимических изменений в резервуаре подземных вод можно составить представления о деформационном состоянии земной коры, приводящем к сильным землетрясениям.

Комплексная гидрогеохимическая информация о состоянии резервуара подземных вод, полученная при мониторинге в 2012–2025 гг. на Култукском полигоне БРС, свидетельствует о циклическом характере сейсмогенных деформаций земной коры с квазипериодичностью 10–12 лет (Rasskazov et al., 2022). Полигон выбран для мониторинга как наиболее чувствительная территория к сейсмогенным деформациям БРС, на которой растягивающаяся Южно-Байкальская впадина сочленяется со сжимающейся восточной частью Тункинской долины (Рассказов и др., 2015; Чебыкин и др., 2015). Кроме гидрогеохимического мониторинга, для оценки сейсмогенных деформаций земной коры на этом полигоне с декабря 2023 г. проводится непрерывное оперативное отслеживание изменений окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) подземных вод в режиме реального времени (измерения каждые 2 мин.) с ежедневным детальным анализом соотношений этого параметра с сейсмичностью. Обозначаются сигналы ОВП, связанные с проявлением землетрясений (Рассказов и др., 2023).

Высокая сейсмическая активность 2020–2024 гг. с землетрясениями энергетического класса К=13.0–15.7 сменяется в 2025 г. более слабой сейсмичностью (К<13.0). В первые 4 месяца 2025 г. в БРС реализуются землетрясения К<11.2 при общем хаотическом распределении эпицентров. Весной, летом и осенью 2025 г. сейсмический процесс становится упорядоченным с отчетливым проявлением сейсмогенерирующих импульсов: АИ (апрель-июнь), ИА (июнь-август), АС (август-сентябрь) и СО (сентябрь-октябрь. В ноябре складывается асейсмичная обстановка, на фоне которой происходят возмущения магнитосферы, способствующие проявлению слабых сейсмических событий (Рассказов и др., 2025а,б). Возникает вопрос о характере химической гидрогеодинамики подземных вод Култукского полигона при снижении сейсмической активности БРС 2025 г.

Цель настоящей работы – выяснить характер гидрогеохимических изменений в подземных водах Култукского полигона во время перехода от интервала начальной слабой сейсмичности 2025 г. к сейсмическим импульсам АИ и ИА в контексте общей смены компонентов 10–12 летних геодинамических циклов БРС.

Определение интервала слабой сейсмичности и сейсмогенерирующих импульсов АИ и ИА

От слабой сейсмичности БРС в январе–апреле 2025 г. к сейсмическим импульсам 30 апреля – 12 июня и 17 июня – 13 августа

В развитии сейсмичности БРС в 2020–2025 гг. чередуются сильные землетрясения ее западной, центральной и восточной частей (Рассказов и др., 2025в). После двух сильных Северо-Байкальских (К=13.6 и 14.4) и Чулутынского (К=13.9) землетрясений Северо-Байкальско-Хангайской сейсмической активизации, реализовавшихся, соответственно, 27 декабря 2023 г., 15 января и 27 ноября 2024 г., сейсмичность ослабевает. С января до конца апреля 2025 г. энергетический класс землетрясений (К) в БРС не превышает 11.1. На диаграмме рис. 1а наблюдается пространственное разделение фигуративных полей при заметном асейсмичном интервале 20 февраля – 06 марта 2025 г. Землетрясения распределяются во времени хаотично в ее западной, восточной и центральной частях. Отсутствие порядка обозначает фоновые условия в деформациях земной коры без видимого преобладания действующих сил с востока или запада.

Рис. 1. Диаграмма временного распределения землетрясений (а) при пространственном группировании землетрясений на западе, востоке и в центре БРС (б) с 25 декабря 2024 г. до 29 апреля 2025 г. В этом временном интервале проявляются землетрясения энергетического класса (К), 11.1, 9–11 и ниже (более слабые землетрясения не показаны). Здесь и далее используются данные о землетрясениях с сайта (Карта…, 2025).

Fig. 1. Diagram of temporal distribution of earthquakes (a) with spatial grouping of earthquakes in the west, east and center of the BRS (б) from December 25, 2024 to April 29, 2025. Earthquakes of energy class (K) 11.1, 9–11, and lower (weaker earthquakes are not shown) occur in this time interval. From here on, earthquake data from the website (Map…, 2025) is used.

Сейсмический импульс АИ имеет две фазы: начальную (продолжительность около месяца – с 30 апреля до 01 июня) и конечную (продолжительность около недели – с 06 до 12 июня) (рис. 2а). В начальную фазу импульса АИ на востоке БРС Хэнтэйское (ХН) и два Удоканских (УД1 и УД2) землетрясения имеют повышенный энергетический класс (К=12.0–12.9). Эти сейсмические события реализуются на фоне более слабых землетрясений запада БРС (К=10.0–11.7). В конечную фазу сейсмического импульса АИ землетрясения, начиная с Бусийнгольского с повышенным энергетическим классом (К=12.7), полностью концентрируются на западе БРС. К концу сейсмического импульса АИ энергетический класс землетрясений К снижается до 9.0.

Рис. 2. Диаграмма временных вариаций землетрясений разного энергетического класса (К) с 28 апреля до 13 августа 2025 г. (а) и пространственное распределение этих землетрясений в БРС в фазу запуска (б) и затухания (в) импульса АИ, в фазу запуска (г) и затухания (д) сейсмического импульса ИА. На панели а приводится шкала колебаний сжатия и растяжения земной коры по данным ОВП (Рассказов и др., 2025а). На панелях в и д большими стрелками показаны направления пространственного смещения землетрясений с территорий начальных фаз сейсмических импульсов (поля, перенесенные штриховыми линиями, соответственно, с панелей б и г) на территории конечных фаз сейсмических импульсов. Землетрясения на западе БРС показаны сиреневым цветом (ХУ – Хубсугульское, БУС – Бусийнгольское, ТГ – Тацийнгольское, ОР – Орликское, СЕЛ – Селенгинское, в верхнем течении, МОН – Мондинское, КЫ – Кыренское), на востоке – красным цветом (УД – Удоканское, ВАН – Верхне-Ангарское, ЗАБ – Забайкальское, УМ – Умхейское, БАГ – Багдаринское, МУ – Муяканское, БАРГ – Баргузинское в северной части хребта), в центре – розовым (БУГ – Бугульдейское, УШ – Ушканье, ЛИС – Листвянское, КБ – Кабанское, СБ – Северо-Байкальское, СБР – Северо-Баргузинское, ГО – Голоустенское, АК – Академическое).

Fig. 2. Diagram of temporal variations of earthquakes of different energy classes (K) from April 28 to August 13, 2025 (a) and spatial distribution of these earthquakes in the BRS in the start-up phase (б) and attenuation (в) of the AJ pulse, in the start-up phase (г) and attenuation (д) of the JA seismic pulse. Panel a shows a scale of compression–extension oscillations in the earth's crust from ORP data (Rasskazov et al., 2025a). In panels в and д, large arrows indicate the directions of spatial displacement of earthquakes from areas of initial phases of seismic pulses (fields transferred by dashed lines, respectively, from panels б and д) to those of the final phases of seismic pulses. Earthquakes in the west of the BRS are shown in purple (ХУ – Khubsugul, БУС – Busiyngol, ТГ – Tatsiyngol, ОР – Orlik, СЕЛ – Selenga, in the upper current, МОН – Mondy, КЫ – Kyren), in the east – in red (УД – Udokan, ВАН – Verkhnyaya Angara, ЗАБ – Zabaikal’e, УМ – Umkhey, БАГ – Bagdarin, МУ – Muyakan, БАРГ – Barguzin in the northern part of the range), in the center – in pink (БУГ – Buguldeyka, УШ – Ushkaniy, ЛИС – Listvyanka, КБ – Kabansk, СБ – Severnyi-Baikal, СБР – Severnyi Barguzin, ГО – Goloustnoe, АК – Academic Ridge).

Сейсмический импульс ИА также разделяется на две фазы: начальную (месячную) – с 17 июня до 20 июля и конечную (также месячную) – с 21 июля до 13 августа. В начальную фазу импульса ИА доминируют землетрясения востока БРС. За слабыми землетрясениями (Удоканским, УД и Верхне-Ангарским, ВАН) 02 июля следует землетрясение в районе г. Забайкальска (ЗАБ) повышенного энергетического класса (К=11.5), а 20 июля в 21 ч. 23 мин. происходит еще более сильное землетрясение в районе пос. Багдарин (БАГ) (К=12.9). На следующий день (21 июля), однако, в 15 ч. 55 мин. откликается слабое (К=9.5) Листвянское землетрясение центра БРС, которое обозначает переход к конечной фазе сейсмического импульса ИА. В эту фазу проявляются слабые землетрясения в центре БРС. Одновременно землетрясения востока БРС ослабевают; 28 июля следует Муяканское событие, МУ (К=10.2) и 2 августа – Верхне-Ангарское, ВАН (К=10.2). Единичное событие отзывается в эпицентральном поле афтершоков Хубсугульского землетрясения 11 января 2021 г. В целом слабые землетрясения финальной фазы сейсмического импульса ИА обозначают процесс перераспределения сейсмогенных деформаций с востока в центр БРС (Рассказов и др., 2025а).

Перестройка между импульсами АИ и ИА происходит в течение 5 дней: с 12 июня (КЫ – Кыренское землетрясение на западе БРС, в Тункинской долине) до 17 июня (УД – Удоканское землетрясение на востоке).

Предполагается, что в развитии деформаций земной коры первичным является приложение к ней сил сжатия или растяжения. Сейсмические импульсы, обозначенные в пространственно-временном распределении эпицентров землетрясений, в сущности, вторичны. Земная кора испытывает всестороннее сжатие под действием сил гравитации, направленных к центру Земли. Силы сжатия усиливаются в зонах конвергенции (взаимного схождения), а силы растяжения – в зонах дивергенции (взаимного расхождения) континентальных блоков. Сжатие инициируется на западе БРС в связи с развитием деформаций в Саяно-Монгольском секторе Индо-Азиатской конвергенции (СМСИАК), растяжение – на востоке БРС в связи с развитием Японско-Байкальского геодинамического коридора (ЯБГК).

Полученный ряд ОВП-оценок состояния коры Култукского полигона при землетрясениях БРС разделяется на временные интервалы 1) 29 апреля – 08 июня, 2) 09 июня – 13 июля, 3) 20 июля – 05 августа и 4) 05–09 августа.

В первом интервале преобладает сейсмогенерирующее действие сжатия. События в условиях растяжения земной коры единичны. Сжатие, усиливающееся в зоне СМСИАК, отражается в развитии сейсмического импульса АИ. Этот интервал начинается с хубсугульских землетрясений (ХУ) запада БРС и заканчивается Бусийнгольским (БУС) запада и Ушканьим (УШ) центра.

Во втором интервале преобладает сейсмогенерирующее действие растяжения. Растягивающие усилия создаются в зоне ЯБГК. Они возникают уже в конце сейсмического импульса АИ и отражаются в развитии первой половины сейсмического импульса ИА. Таким образом, начало растяжения ЯБГК предшествует перестройке между сейсмическими импульсами (пространственному перераспределению землетрясений с запада на восток БРС). В то же время, импульс растяжения подготавливает Багдаринское землетрясение (БАГ) с повышенным энергетическим классом, которое реализуется в условиях сжатия коры.

В третьем интервале с сейсмогенерирующим действием сжатия осуществляется перенос сейсмической активности с востока (событие БАГ) в центр БРС (событие ЛИС – Листвянка). В условиях сжатия следует серия землетрясений от Муяканского (МУ) до Северо-Байкальского (СБ). Переход к сжатию коры во время сейсмического события БАГ ведет к реализации землетрясений с низким энергетическим классом. Если бы землетрясение БАГ произошло в растягивающейся коре (как это имело место в 2020–2024 гг.), следующее за ним землетрясение могло быть сильнее.

В четвертом интервале воспроизводится сейсмогенерирующее действие растяжения. Три землетрясения этого интервала (Северо-Баргузинское – СБР, Голоустенское – ГО и Академическое – АК), проявляющиеся в центре БРС, обозначают финальную тенденцию перераспределения эпицентров землетрясений сейсмического импульса ИА с востока в центр БРС.

В целом, с одной стороны, определяется действие импульса растяжения ЯБГК на востоке и в центре БРС во втором и четвертом интервалах, с другой стороны, выявляется включение механизма сжатия третьего интервала, предотвращающего усиление сейсмогенных деформаций на востоке и в центре БРС.

Опробование, хранение и аналитические исследования подземных вод

Мониторинг подземных вод Култукского полигона БРС проводится с 2012. Ключевое значение в мониторинге имеют подземные воды ст. 27, для которых определены фоновые составы с концентрацией Li = 0.2 мкг/г. Эти подземные воды имеют наиболее высокое изотопное отношение ²³⁴U/²³⁸U и наиболее низкое изотопное отношение ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr и в совокупности составов подземных вод из милонитов Главного Саянского разлома характеризуют конечный компонент NE (non-equilibrium). Подземные воды других станций Култукского полигона имеют компонентный состав смешения компонента NE с компонентом E (equilibrium), характеризующимся наиболее низким изотопным отношением ²³⁴U/²³⁸U (около 1) и наиболее высоким изотопным отношением ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr (около 0.709). Гидрогеохимические данные по подземным водам других мониторинговых станций Култукского полигона используются в исследованиях состояния земной коры в качестве существенной дополнительной информации (Рассказов и др., 2015; Чебыкин, Чувашова, 2023).

Для определения химического элементного состава природная вода фильтруется непосредственно при отборе на месте опробования через шприц-насадки с диаметром пор 0.45 мкм (Minisart 16555-K, ацетат целлюлозы, Sartorius Stedim Biotech Gmbh, Германия) в предварительно взвешенные 2 мл полипропиленовые пробирки Эппендорфа (Axygen Scientific, Cat.-No. MCT-200-C, США, Мексика), содержащие 40 мкл консерванта. В качестве консерванта используется концентрированная азотная кислота (70%), дважды очищенная с помощью суббойлинговой системы перегонки кислот (Savillex DST-1000 sub-boiling distillation system, Япония), в которую добавляется индий (типично 1000 ppb) в качестве внутреннего стандарта. Законсервированная проба хранится в холодильнике.

Аликвоты консерванта взвешиваются при добавлении в пробирки. Пробирки с отобранными образцами воды взвешиваются. Рассчитывается точное содержание азотной кислоты (типично 2 %) и индия (типично 30 ppb). В подготовленных растворах определяются содержания 72 химических элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500 (Чебыкин и др., 2012). Изотопы урана определяются после его выделения на ионно-обменной колонке из отдельной пробы воды. Обычно достаточно 400 мл. Детали методики приведены в работах (Чебыкин и др., 2007, 2015).

Результаты

Термофильные элементы подземных вод

Для химической гидрогеодинамики БРС важное значение имеют термофильные элементы Li, Na и Si. Соотношение первых двух из них (Li и Na) в подземных водах Култукского полигона отражает вариации температуры трения вследствие активизации сейсмогенных движений в плоскости разлома, концентрация третьего элемента (Si) возрастает вследствие его растворения в воде при повышении температуры (Ильясова, Снопков, 2023; Чебыкин, Чувашова, 2023).

После Чулутынского землетрясения 27 ноября 2024 г. концентрация лития в подземных водах ст. 27 выходит через 16 дней (13 декабря) на минимум (0.23 мкг/дм³), близкий к фоновому значению (0.20 мкг/дм³). Через месяц (16 января 2025 г.), однако, концентрация Li возрастает на половину порядка (до 1.05 мкг/дм³). В дальнейшем, в течение двух месяцев (до 16 марта), концентрация Li снижается до 0.4 мкг/дм³, но через 2 недели (29 марта) увеличивается до 0.65 мкг/дм³ (рис. 3б).

Рис. 3. Диаграмма временного распределения землетрясений на западе, востоке и в центре БРС с 25 декабря 2024 г. до 29 апреля 2025 г. (а) в сопоставлении с диаграммами временных вариаций концентрации Li (б), отношения Na/Li (в) и концентрации Si (г) в подземных водах ст. 27 Култукского полигона. На панели в горизонтальными штриховыми линиями обозначаются значения температуры Т(Na/Li) по геотермометру (Fouillac, Michard, 1981), на панели г – значения температуры Т(Si) по халцедоновой модификации геотермометра (Arnorsson et al., 1983).

Fig. 3. Diagram of the temporal distribution of earthquakes in the west, east, and center of the BRS from December 25, 2024 to April 29, 2025 (a) in comparison with the diagrams of temporal variations in the Li concentration (б), Na/Li ratio (в), and Si concentration (г) in groundwater at station 27 of the Kultuk area. In panel в, the horizontal dashed lines indicate the temperature values T(Na/Li) according to the geothermometer (Fouillac, Michard, 1981), in panel г – the temperature values T(Si) according to the chalcedony modification of the geothermometer (Arnorsson et al., 1983).

Изменениям концентрации Li во времени соответствует изменение температуры трения Т(Na/Li). Она возрастает при переходе механической энергии в тепловую вследствие движения в плоскости активного разлома. После тектонической подвижки и разогрева в источнике резервуара подземных вод движение замедляется. Порция тепла перераспределяется циркулирующей водой из активной плоскости разлома в окружающие холодные породы. Новая тектоническая подвижка дает новую порцию тепла. В период наблюдений с декабря 2024 г. до апреля 2025 г. устанавливаются два эпизода возрастания температуры трения и два эпизода ее снижения. Сначала (с 13 декабря 2024 г. до 16 января 2025 г.) температура трения Т(Na/Li) возрастает с 25 до 90 °С, затем (до 16 марта) – снижается до 43 °С, до 29 марта – возрастает до 60 °С, до 16 мая – снижается до 40 °С (рис. 3в).

Содержание Si растет при возрастании температуры с глубиной в соответствии с региональным геотермическим градиентом 25 °С/км (Голубев, 2007). Его содержание снижается с 13 декабря 2024 г. в течение двух месяцев (до 09 февраля 2025 г.), неравномерно возрастает в течение месяца (до 16 марта) и вновь снижается 29 марта, после чего возрастает до 16 мая. Глубина источника резервуара оценивается интервалом глубинного эквивалента температур (ГЭТ) 1.16–1.20 км (рис. 3г).

Изменения T(Si) (температуры растворения кремния) в подземных водах и изменения T(Na/Li) (температуры трения) в целом находятся в противофазе. Сначала температура трения возрастает (происходит тектоническая подвижка), и температура растворения снижается (вода поступает из резервуара с меньшей глубины). С 16 января до 09 февраля тенденция поступления воды с меньшей глубины сохраняется, хотя подвижка прекращается и образовавшаяся при трении порция тепла слегка нивелируется. Релаксация ведет к поступлению воды с большей глубины (с большим содержанием Si) по мере того как аномальная порция тепла в плоскости разлома окончательно исчезает. Новая подвижка 16 марта опять выражается в снижении отношения Na/Li (возрастании температуры трения) и снижении Si подземных вод (поступлении воды с меньшей глубины).

С наступлением импульса АИ концентрация Li в подземных водах ст. 27 слегка превышает фон (0.35–0.37 мкг/дм³), а за день до начала перестройки (11 июня 2025 г.) опускается до 0.21 мкг/дм³. Эта концентрация близка к среднему значению фона (0.2 мкг/дм³). Через 2 дня после перестройки (19 июня) концентрация Li (1.2 мкг/дм³) возрастает относительно фона на половину порядка, а еще через 12 дней (01 июля) падает до 0.26 мкг/дм³, немного не достигая фонового значения. В ходе дальнейшего развития импульса ИА концентрация Li в подземных водах слегка повышается (до интервала 0.32–0.33 мкг/дм³) (рис. 4б).

Рис. 4. Диаграмма временных вариаций энергетического класса землетрясений (К) импульсов АИ и ИА БРС (а) в сопоставлении с диаграммами временных вариаций концентрации Li (б), отношения Na/Li (в) и концентрации Si (г) в подземных водах ст. 27 Култукского полигона. На панели в горизонтальными штриховыми линиями обозначаются значения температуры Т(Na/Li) по геотермометру (Fouillac, Michard, 1981), на панели г – значения температуры Т(Si) по халцедоновой модификации геотермометра (Arnorsson et al., 1983). Вертикальными стрелками показаны направления смещения фигуративных точек перед и после сейсмической перестройки 12–17 июня 2025 г.

Fig. 4. Diagram of temporal variations of the earthquake energy class (K) in the AJ and JA BRS pulses (a) in comparison with diagrams of temporal variations of the Li concentration (б), Na/Li ratio (в), and Si concentration (г) in groundwater at station 27 of the Kultuk area. In panel в, horizontal dashed lines indicate the temperature values T(Na/Li) according to the geothermometer (Fouillac, Michard, 1981), in panel г – the temperature values T(Si) according to the chalcedony modification of the geothermometer (Arnorsson et al., 1983). Vertical arrows indicate directions of displacement of the data points before and after the seismic reorganization of June 12–17, 2025.

Изменения концентрации Li сопровождаются изменениями отношения Na/Li, которое имеет эквивалент температуры трения Т(Na/Li), рассчитанной по геотермометру (Fouillac, Michard, 1981). Во время импульса АИ отношение Na/Li в подземных водах ст. 27 составляет 16200–16900. За день до перестройки (11 июня 2025 г.) значение этого отношения увеличивается до 29000, а через 2 дня после перестройки (19 июня) резко падает на половину порядка (до 5536). Еще через 12 дней (01 июля) отношение Na/Li возрастает до 25000, а в ходе дальнейшего развития импульса ИА отношение Na/Li несколько снижается и составляет 19100–20000.

Значения температуры трения Т(Na/Li) меняются в широких пределах (20–95 °С). Во время импульса АИ температура трения составляет 36–37 °С, перед перестройкой (11 июня) снижается до 20 °С, после перестройки (19 июня) возрастает до 95 °С, а в дальнейшем (01 июля) снижается до 26 °С. В ходе развития импульса ИА Т(Na/Li) устанавливается в пределах 33–34 °С (рис. 4в). Во время импульсов АИ и ИА температура трения Т(Na/Li) слегка повышается, перед перестройкой падает и резко возрастает после нее, при переходе от импульса АИ к импульсу ИА.

Вариации термофильного элемента Si импульсов АИ и ИА (рис. 4г) заметно различаются с вариациями термофильного отношения Na/Li. Во время импульса АИ концентрация Si в подземных водах составляет 8.0–8.1 мг/дм³, увеличиваясь перед перестройкой и после нее до 8.2 мг/дм³. В дальнейшем (01 июля) концентрация Si в подземных водах (8.1 мг/дм³) снижается до уровня концентрации Si в подземных водах импульса АИ, а в ходе развития импульса ИА линейно возрастает с течением времени. К 23 августа получается максимальное значение концентрации Si 8.5 мг/дм³.

В ходе развития импульсов АИ и ИА температура растворения Т(Si) укладывается, по халцедоновой модификации геотермометра (Arnorsson et al., 1983), в интервал 29–33 °С. Во время импульса АИ температура составляет 29.0–29.5 °С, перед перестройкой и после нее возрастает до 30.0 °С, 01 июля снижается до 29.5 °С и к концу импульса ИА возрастает линейно до 33.0 °С. Из пересчета на региональный геотермический градиент 25 °С/км (Голубев, 2007), получается общий интервал смещения источника подземных вод в резервуаре во время импульсов АИ и ИА от 1.16 до 1.32 км (рис. 4г). В конце импульса ИА источник резервуара подземных вод становится глубже, чем в предимпульсный интервал 2025 г., приблизительно на 120 м.

Урановые компоненты подземных вод

Для компонентов урана определяется его общая концентрация (концентрация ²³⁸U) в мкг/дм³, отношение активностей ²³⁴U/²³⁸U (ОА4/8) и концентрация ²³⁴U в единицах активности (А4).

С января до апреля 2025 г. концентрация U поддерживается на уровне 0.28 мкг/дм³ и несколько снижается до и после асейсмичного интервала конца февраля – начала марта (рис. 5б). В вариациях А4 (рис. 5в) наблюдается подобный минимум до асейсмичного интервала. Проявляется тенденция поступления в подземную воду дочернего ²³⁴U, образующегося в результате радиоактивного распада материнского ²³⁸U. Отношение изотопов урана в пробе, отобранной 16 марта, не определялось, но учитывая зависимость этого компонента от концентрации U, можно считать, что минимум А4 был и после асейсмичного интервала. Более чувствительное соотношение материнского и дочернего изотопов U имеет выражение в отношении активностей ²³⁴U/²³⁸U. Значения OA4/8 (рис. 4г) возрастают перед асейсмичным интервалом (в условия растяжения) и снижаются во время него (в условиях сжатия).

Во время сейсмического импульса АИ в подземных водах ст. 27, также как до этого импульса, выдерживается концентрация U около 0.28 мкг/дм³. На второй день после перестройки и вступления первого (Удоканского) землетрясения импульса ИА 17 июня (т.е. 19 июня) определяется высокая концентрация U (0.52 мкг/дм³). В ходе дальнейшего развития сейсмического импульса ИА концентрация U снижается сначала до 0.33 мкг/дм³, а затем – еще ниже (находится в интервале 0.29–0.33 мкг/дм³) (рис. 6б).

Рис. 5. Диаграмма временного распределения землетрясений на западе, востоке и в центре БРС с 25 декабря 2024 г. до 29 апреля 2025 г. (а) в сопоставлении с вариациями концентрации U (б), А4 (в) и ОА4/8 (г) в подземных водах ст. 27 Култукского полигона. Штриховыми линиями проведены части диаграмм в и г с пропущенными определениями ОА4/8.

Fig. 5. Diagram of the temporal distribution of earthquakes in the west, east, and center of the BRS from December 25, 2024 to April 29, 2025 (a) in comparison with variations in concentrations of U (б), A4 (в), and AR (activity ratio) 4/8 (г) in groundwater at station 27 of the Kultuk area. Dashed lines indicate parts of diagrams в and г with missing AR4/8 determinations.

Рис. 6. Диаграмма временных вариаций энергетического класса землетрясений (К) импульсов АИ и ИА БРС (а) в сопоставлении с вариациями концентрации U (б), А4 (в) и ОА4/8 (г) в подземных водах ст. 27 Култукского полигона.

Fig. 6. Diagram of temporal variations in the energy class of earthquakes (K) of AJ and JA BRS pulses (a) in comparison with variations in concentration of U (б), A4 (в), and AR (activity ratio) 4/8 (г) in groundwater at station 27 of the Kultuk area.

Относительные временные вариации А4 повторяют вариации общего U (рис. 6в). Существенному возрастанию концентрации U после сейсмической перестройки соответствует существенное повышение А4. Значения ОА4/8 широко меняются в подземных водах во время импульса АИ и образуют плавно возрастающую последовательность во время импульса ИА (рис. 6г). ОА4/8 возрастает вследствие растяжения микротрещин, способствующего циркуляции подземных вод, и снижается в результате их сжатия, предотвращающего циркуляцию.

Во время импульса АИ наблюдается чередование согласованного подъема и падения ОВП на ст. 9 и 184 с землетрясениями БРС; выявляются продолжительные эпизоды, соответствующие возрастанию этого показателя (возрастанию сжатия земной коры), и продолжительные эпизоды, соответствующие его снижению (растяжению земной коры). Повышенное значение ОА4/8 (3.13) 16 мая (растяжение микротрещин) сменяется заметным падением ОА4/8 (до 3.07) 30 мая (сжатие микротрещин) (рис. 6г). Землетрясения в эти дни отсутствуют, поэтому сопоставление ОА4/8 с вариациям ОВП не проводится. Подъем ОА4/8 (растяжение микротрещин) до значения 3.12 за один день до начала перестройки (т.е. близкого по времени землетрясению УД 11 июня) (рис. 6г) отвечает общему переходу земной коры БРС в состояние преобладающего растяжения, продолжающегося, судя по вариациям ОВП, во время перестройки и начальной фазы импульса ИА (рис. 6а). В условиях преобладающего растяжения земной коры во время импульса ИА (по вариациям ОВП) образуется плавно возрастающая последовательность значений ОА4/8 от 3.11 19 июня до 3.14 25 июля и 23 августа (рис. 6г) (последовательно нарастающее растяжение микротрещин).

Обсуждение результатов

Феномен квазипериодичности развития сейсмического процесса

В работах, направленных на прогноз землетрясений, широко используется их повторяемость во времени с выделением квазипериодов 3, 10, 12 лет и более (Соболев, 1993; Соболев, Пономарев, 2003). В Байкальской сейсмической зоне обращалось внимание на квазипериодичность сильных землетрясений около 10 лет (Шерман, 2014). Учитывалась разность сильнейших сейсмических событий: Южно-Байкальского 25 февраля 1999 г. (М=6.0) и Култукского 27 августа 2008 г. (М=6.3). Эти землетрясения детально охарактеризованы в работах (Ружич и др., 2002; Радзиминович и др., 2006; Мельникова и др., 2012). В квазипериодичность 10–12 лет вписывается серия более сильных сейсмических событий Байкало-Хубсугульской активизации 2020–2023 гг. (Rasskazov et al., 2022).

Повторяемость землетрясений, однако, в природе часто нарушается. Известен пример запада США, где в районе Паркфилда произошло шесть землетрясений М ~6 в 1857, 1881, 1901, 1922, 1934 и 1966 годах. В среднем землетрясения в течение длительного времени регулярно реализовались каждые 22 года. Исходя из этой закономерности, следующее землетрясение Паркфилда прогнозировалось в интервале 1983–1993 годов. Геологическая служба США сделала прогноз, согласно которому к 1988 году в районе Паркфилда с вероятностью 95% должно произойти землетрясение магнитудой около 6. Однако землетрясение с близкой магнитудой произошло только 28 сентября 2004 года (рис. 7).

Рис. 7. График повторяемости сильных землетрясений (магнитуда около 6) в районе Паркфилд, Калифорния с 1850 года. Вертикальной линией обозначена 5-летняя погрешность прогнозируемого времени седьмого землетрясения (1988 г.). Фактическое время седьмого землетрясения (28 сентября 2004 г.) – кружок, сдвинутый вверх (Stefánsson, 2011).

Fig. 7. Graph of the recurrence rate of large earthquakes (magnitude approximately 6) in the Parkfield area, California since 1850. The vertical line shows the 5-year error in the predicted time of the seventh earthquake (1988). The actual time of the seventh earthquake (September 28, 2004) is indicated by the upward-shifted circle (Stefánsson, 2011).

Приведенный пример наглядно демонстрирует нарушение условий, определяющих наблюдаемую регулярность землетрясений. Следовательно, для уверенного прогноза следующего сейсмического события простой констатации регулярности самих землетрясений не достаточно. Необходима более строгая аргументация предположения о предстоящем землетрясении с привлечением дополнительных данных мониторинга о состоянии земной коры.

Содержание Si подземных вод в контексте 10–12-летних сейсмических циклов БРС

Придерживаясь гипотезы о текущей 10–12-летней цикличности сильных землетрясений в БРС, мы рассматриваем в течение сейсмического цикла ряд: (1) сильное Култукское землетрясение 2008 г. → (2) ослабление землетрясений между сильными сейсмическими активизациями в 2012–2019 гг. → (3) сильные землетрясения 2020–2024 гг. Байкало-Хубсугульской и Северо-Байкальско-Хангайской активизаций → (4) ослабление землетрясений в 2025 г.

Во втором и третьем пунктах обозначенного ряда подземных вод ст. 27 мы определяем весьма существенные изменения Si подземных вод. В 2013–2015 гг. содержание этого компонента в среднем составляет около 5.6 г/дм³. Во время сильной Байкало-Хубсугульской сейсмической активизации 2020–2023 гг. образуется гидрогеодинамический центр, имеющий среднее содержание Si 8.6 г/дм³, соответствующее T(Si) около 32 °С. В течение этой активизации преобладает T(Si) в интервале 30–33 °С (глубинный эквивалент температур – ГЭТ – 1.2–1.3 км). При сильных землетрясениях температура T(Si) возрастает до 42 °С (ГЭТ до 1.7 км) (Рассказов и др., 2025в). Во время сильной Северо-Байкальско-Хангайской сейсмической активизации 2024 г. отдельные порции подземных вод продолжают поступать из этого же гидрогеодинамического центра. При снижении сейсмичности в 2025 г. содержание Si в подземных водах явно падает (рис. 8). В 2014–2015, 2016, 2017–2019 и 2020–2025 гг. резкий подъем содержания Si сменяется его плавным снижением. В этом отношении вариации Si на отрезке 2020–2025 гг. подобны его вариациям на других временных отрезках, но протекают при максимальном содержании Si и в большем масштабе.

Рис. 8. Отражение сейсмической цикличности Байкальской рифтовой системы во временных вариациях концентрации Si подземных вод ст. 27 Култукского полигона. Установленная часть вариационного тренда обозначается черной сплошной линией, предполагаемые части – штриховыми линиями. Предполагаемые штриховые линии проведены исходя из гипотезы о квазипериодичности сильных землетрясений БРС. Кривые б и в предполагают сокращение или расширение временного интервала между сильными сейсмическими активизациями, соответственно, <9 и >14 лет.

Fig. 8. Reflection of seismic cyclicity of the Baikal Rift System in temporal variations of Si concentration in groundwater at station 27 of the Kultuk area. The established part of the trend is highlighted by a solid black line. The hypothetical parts are indicated by dashed lines. The hypothetical dashed lines a – a’ are drown from the hypothesis on a quasi-periodical strong earthquakes in the BRS of 10–12 years. Curves б and в suggest a reduction or expansion of the time interval between strong seismic reactivations, respectively, <9 and >14 years.

Во время Култукского землетрясения гидрогеохимические исследования не проводились. Если следовать гипотезе циклического развития землетрясений БРС, можно предположить, что в подземных водах при Култукском землетрясении концентрация Si была повышена до уровня гидрогеодинамического центра Байкало-Хубсугульской активизации (~8.6 г/дм³). В рамках принятой гипотезы в подземных водах допускается повышенная концентрация Si (~8.6 г/дм³) во время будущей сейсмической активизации 2030–2034 гг. (кривая а). Этот сценарий состоится, если содержание Si подземных вод быстро снизится и достигнет уровня Si ст. 27, который регистрировался в 2013–2015 гг. Между тем, в 2025 г. намечается пока только слабое снижение Si. Если такая тенденция продолжится, земная кора останется в возбужденном состоянии и может выйти на новую сейсмическую активизацию в 2028–2029 гг. (кривая б) или раньше. Возможен также сценарий с более длительным постепенным снижением содержания Si и поздним выходом земной коры на сильную сейсмическую активизацию (кривая в).

Тренды Na и Li подземных вод 2025 г., переход от сейсмического импульса АИ к импульсу ИА в контексте 10–12-летних сейсмических циклов БРС

На диаграмме Na – Li в 2025 г. отчетливо выделяется тренд доимпульсных подземных вод января–апреля 2025 г. Две фигуративные точки импульса АИ находятся на низколитиевом окончании тренда, а одна точка (11 июня, перед перестройкой) смещается с понижением концентрации лития до уровня фона. Фигуративная точка воды, отобранной сразу после перестройки (19 июня), находится на высоколитиевом окончании тренда доимпульсных подземных вод. Таким образом, в ходе сейсмического импульса АИ и в процессе сейсмической перестройки подземными водами ст. 27 наследуется состояние земной коры, свойственное доимпульсному интервалу 2025 г. с контрастным проявлением низколитиевого (среднетемпературного) и высоколитиевого (высокотемпературного) компонентов. В ходе дальнейшего развития импульса ИА концентрация Na возрастает при низкой температуре трения Т(Na/Li) (рис. 9).

Рис. 9. Диаграмма Na – Li подземных вод ст. 27 2025 г. Стрелками показано понижение температуры трения из одной высокотемпературной стартовой позиции с течением времени.

Fig. 9. Na versus Li diagram of groundwater at station 27 in 2025. The arrows show decreasing friction temperature over time from one high-temperature starting position.

Мы видим, что температура трения в основном определяется вариациями концентрации Li подземных вод. Импульс АИ продолжает доимпульсный тренд температуры трения Т(Na/Li). Импульс ИА начинается сразу после перестройки в условиях, характерных для начала доимпульсного температурного тренда трения. Тренд доимпульсного отрезка времени – импульса АИ и тренд импульса ИА обозначают понижение температуры трения с течением времени. Первый тренд развивается с понижением Na, второй – с его возрастанием.

За весь период гидрогеохимических наблюдений подземные воды ст. 27 имеют широкий диапазон отношения Na/Li, соответствующий низким, средним и высоким температурам трения Т(Na/Li) от 8 до 116 °С (рис. 10).

Рис. 10. Распределение фигуративных точек подземных вод ст. 27 2025 г. относительно разновременных трендов на диаграмме Na – Na/Li. Тренды подземных вод сейсмических активизаций 2012–2015 гг., переходных обстановок 2015–2020 гг. и фигуративное поле Байкало-Хубсугульской сейсмической активизации показаны по данным (Чебыкин, Чувашова, 2023).

Fig. 10. Distribution of groundwater data points of station 27 in 2025 relative to multi-temporal trends on the Na – Na/Li diagram. Trends of groundwater during seismic reactivations in 2012–2015, transitional conditions in 2015–2020, and the data field of the Baikal-Khubsugul seismic reactivation are shown after (Chebykin, Chuvashova, 2023).

Во временном интервале 2012–2015 гг. концентрация Na меняется от 3.5 до 6.5 мг/дм³. На диаграмме Na – Na/Li фигуративные точки группируются в изолированные поля, образующие тренды при высоких и низких температурах трения Т(Na/Li) и объединяющиеся в высокотемпературную и низкотемпературную совокупности с окончаниями низкого и повышенного содержания Na. Между этими совокупностями трендов существует температурный разрыв в интервале 28–36 °С. При высоких температурах трения (36–116 °С) образуется тренд в виде дуги с низким содержанием Na (3.5–5.5 мг/дм³). На отрезке 36–54 °С выстраивается тренд с повышенным содержанием Na (5.7–6.0 мг/дм³). При низких температурах трения (8–28 °С) образуется тренд в виде прерывистой дуги с пониженным содержанием Na (5.0–5.6 мг/дм³). На отрезке 11–16 °С выстраивается тренд с повышенным содержанием Na (6.2–6.5 мг/дм³).

Во временном интервале 2015–2019 гг. сохраняется тенденция образования трендов с низкой концентрацией Na (5.2–5.7 мг/дм³) при повышенной температуре трения (36–54 °С) и с повышенной концентрацией Na (5.4–6.1 мг/дм³) при пониженной температуре (18–29 °С). По сравнению с температурным диапазоном 8–116 °С подземных вод 2012–2015 гг., температурный диапазон подземных вод 2015–2019 гг. сокращается до 18–53 °С при сохранении температурного разрыва в интервале 28–36 °С. В низкотемпературных составах (18–29 °С) воспроизводится разделение на тренды с низким и повышенным содержанием Na (около 5.5 и 6.0 мг/дм³).

В следующем (предсейсмическом) временном интервале 2019–2020 гг. высокотемпературная часть фигуративных точек сокращается. Точки температурного интервала 18–29 °С смещаются от тренда 2: Na=6.0 мг/дм³ (2015–2019 гг.) с возрастанием Na до 6.9 мг/дм³ с охватом прежде существовавшего температурного разрыва 29–36 °С. Наметившаяся тенденция смещения точек прогрессирует в сейсмическом интервале 2020–2022 гг., во время которого образуется тренд 4, обозначающий возрастание температуры до 99 °С с относительным снижением концентрации Na в высокотемпературных составах до 5.3 мг/дм³.

По характеру температурных вариаций Na подземных вод ст. 27 временные интервалы 2012–2015 и 2015–2019 гг. объединяются во временной отрезок взаимосвязанных событий 2012–2019 гг., а интервалы 2019–2020 и 2020–2022 гг. – во временной отрезок взаимосвязанных событий 2019–2022 гг. Взаимосвязанные события 2012–2019 гг., соответствуют Котовской, Муринской и Голоустной активизациям и началу переходной обстановки. Эти события обозначаются циркулирующими подземными водами с пониженным содержанием Na в широком температурном диапазоне. Взаимосвязанные события 2019–2022 гг. соответствуют предсейсмическому окончанию переходной обстановки и Байкало-Хубсугульской сейсмической активизации. Эти события обозначаются циркулирующими подземными водами, обогащенными натрием. После старта от температурного интервала 18–29 °С наблюдается относительное возрастание температуры. Переходное (стартовое для временного отрезка 2019–2022 гг.) содержание Na=6.0 мг/дм³ при 18–29 °С обозначает общий компонент подземных вод ст. 27.

Фигуративные точки доимпульсных подземных вод 2025 г. (январь–апрель) образуют на рис. 10 фигуративное поле, перекрывающее нижний край фигуративного поля подземных вод Байкало-Хубсугульской сейсмической активизации и частично совмещается с натриевым высокотемпературным фрагментом подземных вод 2012–2015 гг. С этим же фрагментом совпадают две фигуративные точки подземных вод импульса АИ. Одна фигуративная точка подземных вод этого импульса смещается в область средних температур трения и располагается в области перекрытия фигуративных полей подземных вод переходных обстановок 2015–2019 и 2019–2020 гг. (т.е. попадает в гидрогеодинамический центр подземных вод ст. 27). Тренд подземных вод импульса ИА смещается выше тренда подземных вод импульса АИ и по диапазону температуры трения Т(Na/Li) 26–90 °C перекрывает доимпульсный тренд 2025 г. и частично тренд АИ.

Рассматривая изменения Na и Li в 2012–2022 гг. с переходом от слабой сейсмичности к сильной Байкало-Хубсугульской активизации, нельзя не заметить отсутствие существенного снижения Na (характерного для интервала 2012–2015 гг.) в 2025 г. Более того, концентрация Na несколько возрастает в подземных водах во время сейсмического импульса ИА. Несмотря на относительное снижение энергетических классов землетрясений в 2025 г., по отношению к этим показателям сильных землетрясений предшествующего временного интервала 2020–2024 гг., повышенное содержание Na в подземных водах и существенно варьирующая концентрация Li свидетельствует о состоянии земной коры, характерном для высокой сейсмичности временного интервала 2020–2024 гг. Для возврата земной коры к состоянию 2012–2015 гг. должны произойти изменения подземных вод Култукского резервуара с переходом в дискретные низко-Na тренды.

Тренды урановых компонентов подземных вод в контексте 10–12-летних сейсмических циклов БРС

Диаграммы А4 – Na/Li и ОА4/8 – Na/Li (рис. 11) подтверждают унаследованный характер компонентов урана в подземных водах 2025 г. от компонентов подземных вод временного интервала Байкало-Хубсугульской сейсмической активизации и подчеркивают их отличие от урановых компонентов подземных вод интервала 2012–2015 гг. Вырисовывается единство тренда составов подземных вод доимпульсного временного отрезка января–апреля с импульсом АИ при заметном отличии тренда составов подземных вод более позднего импульса ИА, т. е. импульса с трендом существенного возрастания А4 при снижении отношения Na/Li (при возрастании температуры трения).

Рис. 11. Распределение фигуративных точек подземных вод 2025 г. относительно разновременных трендов подземных вод ст. 27 на диаграммах А4 – Na/Li (a) и ОА4/8 – Na/Li (б). Условные обозначения см. рис. 10. Главный гидрогеодинамический центр генерации подземных вод обозначается при Т(Na/Li) = 24 °С, при температуре более низкой, чем температура участка сжатия, проявляющегося в интервале Т(Na/Li) = 28–36 °С (Чебыкин, Чувашова, 2023).

Fig. 11. Distribution of groundwater data points in 2025 relative to groundwater trends over time from station 27 in the А4 (activity ²³⁴U) vs Na/Li (a) and AR4/8 (activity ratio ²³⁴U/²³⁸U) vs Na/Li (б) diagrams. Symbols are as in Fig. 10. The main hydrogeodynamic center of groundwater generation is indicated at the Т(Na/Li) value of about 24 °С, at a temperature lower than the temperature of the compression section, which is displayed in the Т(Na/Li) range of 28–36 °С (Chebykin, Chuvashova, 2023).

U входит в подземные воды в результате естественных геохимических процессов его высвобождения из вмещающих пород и отложений посредством растворения минералов и/или десорбции U с их поверхности. Степень высвобождения U зависит от состава минералов, содержащих U, степени окисления U и химического состава воды (Fanghänel, Neck, 2002). В окислительных условиях преобладает степень окисления U +6, и U(VI) в основном существует в форме уранил-иона (UO₂)²⁺. Подвижность U в окислительных условиях определяется адсорбцией уранил-иона на поверхность минерала (или десорбцией с его поверхности). Адсорбция U контролируется вариациями pH, ОВП, растворенными карбонатами, фосфатами и природными органическими веществами (Echevarria et al., 2001; Bednar et al., 2007; Zhang et al., 2009). Значительная доля твердофазного U существует в форме уранил-иона, адсорбированного на минеральных поверхностях в окислительных условиях. На высвобождение U сильное влияние оказывает кинетика растворения минералов и десорбции U (Liu et al., 2004; Fox et al., 2012). Восстановительное осаждение U(VI) минералов является эффективным методом иммобилизации U, а окислительное растворение U(IV) – основным механизмом его мобилизации (Finneran et al., 2002; Fredrickson et al., 2002). Химический состав воды влияет на адсорбцию/десорбцию U, изменяя поверхностный заряд и растворимость минералов, степень окисления U, а также форму водных и поверхностных комплексов (Alam, Cheng, 2014).

Хотя по соотношению Na и Li доимпульсные подземные воды и подземные воды импульса ИА ст. 27 имеют близкие стартовые позиции (см. рис. 9), разные значения А4 (и концентрации U) отражают новые условия, установившиеся в резервуаре подземных вод 19 июня 2025 г., во начале импульса ИА, когда возрастает степень окисления подземных вод, способствующая переходу в раствор изотопов ²³⁸U и ²³⁴U. Подобное аномальное обогащение урановым компонентом имеет место в подземных водах ст. 27 13–20 декабря 2020 г. (А4=1.05–1.27, U=0.34–0.41 мкг/дм³), 17 сентября 2021 г. (А4=1.29, U=0.42 мкг/дм³) и 12 августа 2022 г. (А4=1.95, U=0.63 мкг/дм³). Это особое косейсмическое состояние подземных вод нуждается в отдельном рассмотрении. Здесь нужно подчеркнуть факт неоднократного воспроизведения сейсмогенного состояния земной коры 19 июня 2025 г., при котором происходило существенное косейсмическое обогащение ураном подземных вод ст. 27. Обогащение ураном определялось и на других мониторинговых станциях Култукского полигона. Весьма отчетливо зарегистрированы постепенные выходы на максимум концентрации U, значений А4 и ОА4/8 и сход с этих максимумов в подземных водах ст. 184 при подготовке и реализации Быстринского землетрясения 21 сентября 2020 г. (Рассказов и др., 2022).

Высокие концентрации U в подземных водах были зарегистрированы до, во время и после землетрясения Лакила, произошедшего в Италии 6 апреля 2009 года (Mw = 6.3). Высокие пики этого элемента интерпретировались как показатели проникновения порций флюидов из средней части земной коры в верхнюю (Plastino et al., 2011). Резкое возрастание концентрации урана объяснялось также сейсмическом воздействии на породы, в результате которого образуется перекись водорода (Н₂О₂), резко окисляющая уран и способствующая его переходу в растворенную 6-валентную форму (Freund, 2013). Фактически сейсмическому воздействию подвергаются породы средней коры в области гипоцентров землетрясений. Если эта модель действительно получит подтверждение, возрастание концентрации U в подземных водах ст. 27 может служить маркером потока флюидов из средней коры. Предположение такого контроля косейсмических процессов в земной коре нуждается в дополнительной аргументации.

Соотношение развития процессов в верхней и средней коре БРС

Итак, гидрогеохимические данные о подземных водах Култукского полигона характеризуют деформационные процессы в резервуаре подземных вод верхней коры, а сейсмичность – деформационные процессы средней коры. Между этими процессами должна существовать парагенетическая связь как между активными слоями разных глубинных уровней единой земной коры.

С учетом низкой активности верхней и средней коры в середине сейсмического цикла (в 2013–2015 гг.), согласованный выход обеих ее частей на высокий уровень активности в 2020–2024 гг. рассматривается как проявление главных событий сейсмического цикла (рис. 12а,б). По записям мониторинговой ст. 27 температура растворения T(Si) подземных вод снижается в 2013–2015 гг. до 8 °С (ГЭТ=0.3 км) и последовательно увеличивается к 2020 г. до значения геодинамического центра Байкало-Хубсугульской активизации T(Si) 30–31 °С (ГЭТ=1.2 км) (Rasskazov et al., 2024).

Рис. 12. Схематичные сценарии соотношений процессов, протекающих в верхней и средней частях земной коры БРС: а – середина сейсмического цикла в 2013–2015 гг.; б – Байкало-Хубсугульская и Северо-Байкальско-Хангайская сейсмические активизации в 2020–2024 гг.; в – снижение сейсмичности в 2025 г.; г, д – варианты дальнейшего развития процессов в земной коре. В целях упрощения промежуточные состояния земной коры в 2015–2019 и 2019–2020 гг. опускаются.

Fig. 12. Schematic scenarios of relationship between processes developed in the upper and middle parts of the earth's crust in the BRS: a – the middle of the seismic cycle in 2013–2015; б – Baikal-Khubsugul and North Baikal-Hangay seismic reactivations in 2020–2024; в – decrease in seismicity in 2025; г, д – possible directions for the further development of processes in the earth's crust. For the sake of simplicity, the intermediate states of the earth's crust in 2015–2019 and 2019–2020 are omitted.

Сейсмическая активность БРС в 2025 г. явно снижается относительно сейсмической активности интервала 2020–2024 гг. В развитии гидрогеохимических процессов верхней коры, однако, проявляется инертность. Все показатели химической гидрогеодинамики (термофильные элементы: Na, Li и Si, урановые компоненты: U, A4, OA4/8) свидетельствуют о сохранении в 2025 г. состояния верхней части земной коры, свойственного для предшествующего временного интервала высокой активности 2020–2024 гг.

С учетом наметившейся тенденции разделения активности в эволюции верхней и средней коры 2025 г., мы допускаем развитие сценария в земной коре с созданием контраста тектонических движений переходной зоны между ее активной верхней и менее активной средней частями. Усугубление такого контраста может привести к концентрации упругих напряжений в этой переходной зоне, на сравнительно малых глубинах. Не исключен также другой сценарий дальнейшего ослабления активности средней коры до состояния 2013–2015 гг. одновременно с понижением активности верхней коры. В этом случае, сейсмичность БРС на какое-то время войдет в безопасный режим середины сейсмического цикла. Ход предполагаемых сценариев должен отслеживаться постоянным опробованием подземных вод и анализом гидрогеохимических данных.

Заключение

В пространственно-временном распределении землетрясений, вариациях ОВП подземных вод и гидрогеохимических данных выявлены доимпульсный интервал слабой сейсмичности в январе–апреле 2025 г. и последующих сейсмические импульсы: АИ (30 апреля – 12 июня) и ИА (17 июня – 13 августа). Землетрясения первого импульса локализованы на востоке и западе БРС с финальной концентрацией на западе, землетрясения второго смещены на восток БРС с последующим затуханием в центре. Пространственно-временное распределение землетрясений БРС связано с проявлением в земной коре ее западной части сил, вызванных Индо-Азиатской конвергенцией, и в восточной части – сил Японско-Байкальского геодинамического коридора. Сейсмогенные деформации центральной части БРС связаны с преобладанием сил, действующих с запада или востока.

Сейсмогенное состояние земной коры исследовано при сопоставлении данных ОВП, которые регистрировались в подземных водах Култукского полигона в режиме реального времени, и гидрогеохимических данных, которые были получены при редком отборе проб. Вариации изотопного состава урана (снижение/возрастание ОА4/8) в пробах воды, отобранных в день землетрясения или на 1–2 дня позже него хорошо согласуются с данными изменения ОВП на станциях Култукского полигона, что позволяет рассматривать процессы закрытия/раскрытия микротрещин перколируемых пород и процессы сжатия/растяжения земной коры как согласованные проявления единого процесса.

В контексте развития 10–12-летних сейсмических циклов БРС после сильных землетрясений Байкало-Хубсугульской и Северо-Байкальско-Хангайской активизаций 2020–2024 гг. сейсмичность 2025 г. в целом снижается до энергетического класса К<13. Такое снижение может быть следствием перехода земной коры БРС в состояние средней части сейсмического цикла. Об этом может в какой-то мере свидетельствовать относительное сужение диапазона вариаций химических компонентов подземных вод ст. 27 и слабая тенденция снижения содержания Si этой станции. Между тем, возврат подземных вод к низким концентрациям Li, Si и Na, характерным для середины сейсмического цикла 2012–2015 гг. пока не наблюдается. Сохраняются гидрогеохимические параметры подземных вод временного интервала 2020–2024 гг., в котором происходили сильные землетрясения.

Гидрогеохимические характеристики подземных вод свидетельствуют о единой гидрогеодинамике земной коры БРС на начальном отрезке января–апреля и импульса АИ, а также заметном гидрогеодинамическом отличии импульса ИА. Особый интерес представляет общая стартовая позиция высокой температуры трения Т(Na/Li) в резервуаре подземных вод в январе (в начале тренда доимпульсного временного отрезка и импульса АИ) и в июне 2025 г. (в начале импульса ИА) при резком различии состава компонентов урана.

В гидрогеохимических построениях перехода к будущей сильной сейсмической активизации БРС в среднесрочной перспективе от 2025 г. возможно развитие разных сценариев. Мы обращаем внимание на создание контраста тектонических движений в переходной зоне между активной верхней корой и ее средней частью, теряющей активность. Образующийся контраст может привести к концентрации упругих напряжений на сравнительно малых глубинах земной коры. Возможны и другие сценарии. Чтобы внести определенность в выборе версии развития сейсмичности, необходимо продолжение гидрогеохимического мониторинга.

Благодарности

Работа выполнена в рамках реализации проекта Института земной коры СО РАН «Современная геодинамика, механизмы разрушения литосферы и опасные геологические процессы в Центральной Азии» (ФВЭФ-2021-0009) и геологического факультета ИГУ «Изучение процессов мантийно-корового взаимодействия и формирования месторождений полезных ископаемых». Аналитические исследования выполнялись на квадрупольном масс-спектрометре Agilent 7500ce в центре коллективного пользования «Ультрамикроанализ» (ЛИН СО РАН, г. Иркутск). В работе использованы данные о землетрясениях, полученные на уникальной научной установке «Сейсмоинфразвуковой комплекс мониторинга арктической криолитозоны и комплекс непрерывного сейсмического мониторинга Российской Федерации, сопредельных территорий и мира» (https://ckp-rf.ru/usu/507436/, http://www.gsras.ru/unu/) (Карта…, 2025).

Литература

Голубев В.А. Кондуктивный и конвективный вынос тепла в Байкальской рифтовой зоне. Новосибирск: Академическое изд-во «ГЕО», 2007. 222 с.

Ильясова А.М., Снопков С.В. Косейсмические вариации термофильного элемента Si подземных вод на западном побережье оз. Байкал // Геология и окружающая среда. 2023. Т. 3, № 1. С. 72–105. doi.org/10.26516/2541-9641.2023.1.72

Карта эпицентров землетрясений. Иркутск: Байкальский филиал Федерального исследовательского центра Единая геофизическая служба РАН, 2025. http://www.seis-bykl.ru

Мельникова В.И., Гилева Н.А., Арефьев С.С., Быкова В.В., Масальский О.К. Култукское землетрясение 2008 г. с Мw = 6.3 на юге Байкала: Пространственно-временной анализ сейсмической активизации // Физика Земли. 2012. № 11. С. 44–62.

Радзиминович Н.А., Мельникова В.И., Саньков В.А., Леви К.Г. Сейсмичность и сейсмотектонические деформации земной коры Южно-Байкальской впадины // Физика Земли. 2006. № 11. С. 44–62.

Рассказов С.В., Асламов И.А., Снопков С.В., Архипенко В.И., Ильясова А.М., Чебыкин Е.П. Первый опыт мониторинга косейсмических и асейсмических вариаций ОВП, рН и температуры подземных вод Култукского резервуара в режиме реального времени (Байкальская рифтовая система) // Геология и окружающая среда. 2023. Т. 3, № 4. С. 161–181. https://doi.org/10.26516/2541-9641.2023.4.161

Рассказов С.В., Ильясова А.М., Борняков С.А., Снопков С.В., Чувашова И.С., Чебыкин Е.П. Гидрогеохимические отклики подземных вод ст. 184 в 2020–2021 гг. на сейсмогенные деформации Байкало-Хубсугульской активизации // Геология и окружающая среда. 2022. Т. 2, № 4. С. 26–52. DOI 10.26516/2541-9641.2022.4.26

Рассказов С.В., Снопков С.В., Асламов И.А., Архипенко В.И., Ильясова А.М., Чебыкин Е.П. Оперативный анализ квазипериодических вариаций ОВП подземных вод и землетрясений Байкальской рифтовой системы в середине 2025 г. // Геология и окружающая среда. 2025а. Т. 5, № 2. С. 46–68. DOI 10.26516/2541-9641.2025.2.46.

Рассказов С.В., Снопков С.В., Асламов И.А., Архипенко В.И., Ильясова А.М., Чебыкин Е.П., Чувашова И.С. Передовые ОВП записи подземных вод и сейсмичность Байкальской рифтовой системы в конце 2025 г. // Геология и окружающая среда. 2025б. Т. 5, № 4.

Рассказов С.В., Чебыкин Е.П., Ильясова А.М., Снопков С.В., Чувашова И.С. Расширяющаяся сейсмичность и парагенетические вариации состава подземных вод в Байкальской рифтовой системе в 2020–2025 гг.: оценка текущего состояния земной коры // Геология и окружающая среда. 2025в. Т. 5, № 2. С. 46–68. DOI 10.26516/2541-9641.2025.2.46.

Рассказов С.В., Чебыкин Е.П., Ильясова А.М., Воднева Е.Н., Чувашова И.С., Борняков С.А., Семинский А.К., Снопков С.В., Чечельницкий В.В., Гилева Н.А. Разработка Култукского сейсмопрогностического полигона: вариации (²³⁴U/²³⁸U) и ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr в подземных водах из активных разломов западного побережья Байкала // Геодинамика и тектонофизика. 2015. Т. 6, № 4. С. 519–554.

Ружич В.В., Семенов Р.М., Мельникова В.И. и др. Геодинамическая обстановка в районе Южно-Байкальского землетрясения 25.02.1999 года и его характеристика // Геология и геофизика. 2002. Т. 43. № 5. С. 470–483.

Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1ерат993. 313 с.

Соболев Г.А., Пономарев А.В. Физика землетрясений и предвестники. Москва: Наука, 2003. 269 с.

Шерман С.И. Сейсмический процесс и прогноз землетрясений: тектонофизическая концепция. Новосибирское академическое издательство «Гео», 2014. 359 с.

Чебыкин Е.П., Чувашова И.С. Косейсмическая химическая гидрогеодинамика Култукского резервуара подземных вод: индикаторные роли Na/Li, ²³⁴U/²³⁸U и ²³⁴U // Геология и окружающая среда. 2023. Т. 3, № 1. С. 141–171. DOI 10.26516/2541-9641.2023.1.141.

Чебыкин Е.П., Гольдбеpг Е.Л., Куликова Н.C., Жученко Н.А., Степанова О.Г., Малопевная Ю.А. Метод опpеделения изотопного cоcтава аутигенного уpана в донныx отложенияx озеpа Байкал // Геология и геофизика. 2007. Т. 48, № 6. C. 604–616.

Чебыкин Е.П., Рассказов С.В., Воднева Е.Н., Ильясова А.М., Чувашова И.С., Борняков С.А., Семинский А.К., Снопков С.В. Первые результаты мониторинга²³⁴U/²³⁸U в водах из активных разломов западного побережья Южного Байкала // Доклады академии наук. 2015. Т. 460, № 4. С. 464–467.

Чебыкин Е.П., Сороковикова Л.М., Томберг И.В., Воднева Е.Н., Рассказов С.В., Ходжер Т.В., Грачёв М.А. Современное состояние вод р. Селенги на территории России по главным компонентам и следовым элементам // Химия в интересах устойчивого развития. 2012. Т. 20, № 5. С. 613–631.

Alam M.S., Cheng T. Uranium release from sediment to groundwater: Influence of water chemistry and insights into release mechanisms // Journal of Contaminant Hydrology. 2014. 164 P. 72–87.

Arnorsson S., Gunnlaugsson E., Svavarsson H. The chemistry of geothermal waters in Iceland-II. Mineral equilibria and independent variables controlling water compositions // Geochim. Cosmochim. Acta. 1983. Vol. 47. P. 547–566.

Bednar A., Medina V., Ulmer-Scholle D., Frey B., Johnson B., Brostoff W., Larson S. Effects of organic matter on the distribution of uranium in soil and plant matrices // Chemosphere. 2007. Vol. 70, No. 2. P. 237–247

Echevarria G., Sheppard M.I., Morel J. Effect of pH on the sorption of uranium in soils // J. Environ. Radioact. 2001. Vol. 53, No. 2. P. 257–264.

Fanghänel T., Neck V. Aquatic chemistry and solubility phenomena of actinide oxides/hyroxides // Pure Appl. Chem. 2002. Vol. 74, No. 10. P. 1895–1908.

Finneran K.T., Anderson R.T., Nevin K.P., Lovley D.R. Potential for bioremediation of uranium-contaminated aquifers with microbial U (VI) reduction // Soil Sediment Contam. Int. J. 2002. Vol. 11, No. 3. P. 339–357.

Fox P.M., Davis J.A., Hay M.B., Conrad M.E., Campbell K.M., Williams K.H., Long P.E. Rate-limited U (VI) desorption during a small-scale tracer test in a heterogeneous uranium-contaminated aquifer // Water Resour. Res. 2012. Vol. 48, No. 5. W05512. doi:10.1029/2011WR011472

Fredrickson J.K., Zachara J.M., Kennedy D.W., Liu C., Martine C., Duff M.C., Hunter D.B., Dohnalkova A. Influence of Mn oxides on the reduction of uranium(VI) by the metal-reducing bacterium Shewanella putrefaciens // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2002. Vol. 66, No. 18, P. 3247–3262. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(02)00928-6

Fouillac R., Michard S. Sodium/Lithium ratio in water applied to geothermometry of geothermal reservoirs // Geothermics. 1981. V. 10. P. 55–70.

Liu C., Zachara J.M., Qafoku O., McKinley J.P., Heald S.M., Wang Z. Dissolution of uranyl microprecipitates in subsurface sediments at Hanford Site, USA // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. Vol. 68, No. 22, P. 4519–4537.

Plastino W., Panza G.F., Doglioni C., Frezzotti M.L., Peccerillo A., De Felice P., Bella F., Povinec P.P., Nisi S., Ioannucci L., Aprili P., Balata M., Cozzella M.L., Laubenstein M. Uranium groundwater anomalies and active normal faulting // J Radioanal Nucl Chem. 2011. Vol. 288. P. 101–107. DOI 10.1007/s10967-010-0876-y

Rasskazov S.V., Chebykin E.P., Ilyasova A.M., Snopkov S.V., Bornyakov S.A., Chuvashova I.S. Change of seismic hazard levels in complete 12-year seismogeodynamic cycle of the South Baikal Basin: Results of hydroisotopic (²³⁴U/²³⁸U) monitoring // Geology and Environment. 2022. Vol. 2, No. 2. P. 7–21. DOI 10.26516/2541-9641.2022.2.7

Rasskazov S.V., Ilyasova A.M., Snopkov S.V., Chuvashova I.S., Bornyakov S.A., Chebykin E.P. Chemical hydrogeodynamics of the Kultuk groundwater reservoir vs. paragenetically related large earthquakes in the central Baikal Rift System, Siberia // J. Earth Syst. Sci. 2024. Vol. 133. P. 190. https://doi.org/10.1007/s12040-024-02392-2

Stefánsson R. Advances in earthquake prediction. Research and risk mitigation. Springer, 2011. 245 p. DOI 10.1007/978-3-540-47571-2

Zhang H., Yang C., Tao Z. Effects of phosphate and fulvic acid on the sorption and transport of uranium(VI) on silica column // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 2009. Vol. 279, No.1. P. 317–323. DOI: 10.1007/s10967-007-7177-0

 

Рассказов Сергей Васильевич

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

664025, Иркутск, ул. Ленина, д. 3,

Иркутский государственный университет, геологический факультет,

заведующий кафедрой динамической геологии,

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128,

Институт земной коры СО РАН,

заведующий лабораторией изотопии и геохронологии,

тел.: (3952) 51–16–59,

еmail: rassk@crust.irk.ru

 

Чебыкин Евгений Павлович,

кандидат химических наук, ведущий специалист,

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128, Институт земной коры СО РАН

еmail: epcheb@yandex.ru

 

Снопков Сергей Викторович,

кандидат геолого-минералогических наук,

664025, Иркутск, ул. Ленина, д. 3,

Иркутский государственный университет, геологический факультет,

доцент,

664074, г. Иркутск, ул. Курчатова, 3,

Сибирская школа геонаук, Иркутский национальный исследовательский технический университет,

ведущий научный сотрудник,

email: snopkov_serg@mail.ru.

 

Ильясова Айгуль Маратовна

кандидат геолого-минералогических наук, ведущий инженер,

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128,

Институт земной коры СО РАН,

еmail: ila@crust.irk.ru

 

Чувашова Ирина Сергеевна,

кандидат геолого-минералогических наук,

664033, Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128,

Институт земной коры СО РАН,

старший научный сотрудник,

тел.: (3952) 51–16–59,