Gas-geochemical indicators of geodynamically active zones

The aim of the work is to assess the modern geodynamic activity of fault zones using gas-geochemical indicators. The results of long-term geophysical and gas-geochemical studies of modern geodynamic activity in the territory of the Gomel structural isthmus and the adjacent territory of the Pripyat Trough are summarized. Spatio-temporal anomalies of hydrogen in subsurface gas, helium in groundwater and tropospheric methane are considered as indicators of geodynamic activity. The studies included: an areal survey of hydrogen in subsurface gas and helium in groundwater (groundwater and the first confined aquifers); a study of the temporal dynamics of hydrogen at stationary observation points; a study of spatio-temporal changes in the concentration of tropospheric methane. To study the tropospheric methane field, space imaging data from the Sentinel-5P TROPOMI satellite (2019–2024) were used. As an additional method for detecting methane anomalies, the NDMI spectral index was used (calculated based on Landsat 8–9 and Sentinel-2 satellite images). Based on the work carried out, a set of gas-geochemical indicators of modern geodynamic activity of tectonic structures in the conditions of ancient platforms was proposed, including helium (in groundwater), hydrogen (in subsurface gas) and methane (in the troposphere). The examples presented in the article show that gas-geochemical methods can effectively solve the problems of monitoring geodynamic activity.

1. Бондур, В. Г. Физическая природа линеаментов, регистрируемых на космических изображениях при мониторинге сейсмоопасных территорий / В. Г. Бондур, А. Т. Зверев // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. – 2006. – № 3. – Т. 2. – С. 177–183.

2. Гумен, А. М. Газогеохимические индикаторы геодинамической активности глубинных разломов на юго-востоке Беларуси / А. М. Гумен, А. П. Гусев // Літасфера. – 1997. – № 6. – С. 140–149.

3. Гумен, А. М. Подпочвенный водород – индикатор изменений напряженно-деформированного состояния земной коры асейсмичных регионов / А. М. Гумен, А. П. Гусев, В. П. Рудаков // Доклады Академии наук. – 1998. – Т. 359. – № 3. – С. 390.

4. Гусев, А. П. Индикаторы активных разломов (на примере Гомельской структурной перемычки) / А. П. Гусев // Изв. высших учебных заведений. Геология и разведка. – 2024. – Т. 66. – № 1. – С. 35–44.

5. Гусев, А. П. Оценка современной геодинамической активности территории (на примере юго-востока Беларуси) / А. П. Гусев // Весн. Брэсц. ун-та. Сер. 5, Біялогія. Навукі аб Зямлі. – 2024. – № 1. – С. 105–144.

6. Гусев, А. П. Потоки метана в тропосфере: геологические и антропогенные источники (по данным Sentinel-5P TROPOMI) // Региональные геосистемы. – 2023. – Т. 47. – № 4. – С. 580–592.

7. Касьянова, Н. А. Экологические риски и геодинамика / Н. А. Касьянова. – М. : Научный мир, 2003. – 332 с.

8. Копылов, И. С. Морфонеотектоническая система оценки геодинамической активности / И. С. Копылов. – Пермь : ПГНИУ, 2019. – 131 с.

9. Кузьмин, Ю. О. Современная геодинамика опасных разломов / Ю. О. Кузьмин // Физика Земли. – 2016. – № 5. – С. 87–101.

10. Матвеев, А. В. Геоактивные зоны на территории Беларуси / А. В. Матвеев // Літасфера. – 2015. – № 1 (42). – С. 64–70.

11. Результаты водногелиевых исследований на северо-востоке Припятского прогиба и сопредельной территории / А. М. Гумен [и др.] // Поиски и освоение нефтяных ресурсов Республики Беларусь : сб. науч. тр. – Гомель : БелНИПИнефть, 1997. – Вып. 2. – С. 64–69.

12. Современная геодинамика и нефтегазоносность / под ред. Н. А. Крылова и В. А. Сидорова. – М. : Наука, 1989. – 200 с.

13. Современные геодинамически активные зоны платформ / В. И. Макаров [и др.] // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. – 2007. – № 2. – С. 99–110.

14. Структура поверхности кристаллического фундамента Гомельской структурной перемычки и сопредельных территорий / Р. Г. Гарецкий [и др.] // Літасфера. – 2018. – № 1 (48). – С. 19–29.

15. Сывороткин, В. Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы / В. Л. Сывороткин. – М. : ООО «Геоинформцентр», 2002. – 250 с.

16. Эманационные и электрические эффекты над сложно построенными тектоническими структурами (на примере Александровской зоны приразломных поднятий, Белоруссия) / Г. И. Войтов [и др.] // Доклады Академии наук. – 2000. – Т. 370. – № 1. – С. 105–108.

17. Automated detection and monitoring of methane super-emitters using satellite data / B. J. Schuit [et al.] // Atmos. Chem. Phys. – 2023. – Vol. 23. – P. 9071–9098.

18. High-frequency monitoring of anomalous methane point sources with multispectral Sentinel-2 satellite observations / D. J. Varon [et al.] // Atmos. Meas. Tech. – 2021. – Vol. 14. – P. 2771–2785.

19. Methane retrieved from TROPOMI: improvement of the data product and validation of the first 2 years of measurements / A. Lorente [et al.] // Atmospheric Measurement Techniques. – 2021. – Vol. 14. – P. 665–684.

20. Webber, C. M. An examination of enhanced atmospheric methane detection methods for predicting performance of a novel multiband uncooled radiometer imager / C. M. Webber, J. P. Kerekes // Atmos. Meas. Tech. – 2020. – Vol. 13. – P. 5359–5367.