К истории развития сейсмологических исследований на вулканах Камчатки (стр. 2 из 4)

Возросшая детальность сейсмологических наблюдений в районе Ключевской группы вулканов позволила провести исследование сейсмической активности вулкана Безымянный на новом этапе развития внутрикратерного экструзивного купола. Этап начался с 1977 г. и характеризовался переходом от экструзивно-эксплозивных извержений к эксплозивно-эффузивным [59].

Результаты детального исследования пространственно-временных и динамических характеристик землетрясений, связанных с побочными извержениями Ключевского вулкана в 1974 и 1983 гг., исследовались в работах [4-6,23,71,76]. Обобщенные результаты изучения сейсмичности района Ключевской группы вулканов за 1971-1983 гг. приведены в работе [14]. Показана зависимость особенностей пространственно-временных соотношений вулканической и сейсмической активности от глубинного строения зон питания вулканов с различным химическим составом продуктов извержений. Итоги двадцатилетних наблюдений (1965 - 1985 гг.) за сейсмическим режимом Карымского вулкана были подведены в статье [39].

На примере района Ключевской группы вулканов О.С.Чубаровой было начато изучение сейсмического процесса с позиций дискретной иерархической модели геофизической среды [24,65]. Было доказано, что временная структура сейсмического процесса является многоуровневой, самоподобной, характеризующейся фрактальной размерностью D = 0,56-0,62 для локальных зон и D = 0,67-0,70 для района в целом.

В обзорных статьях [12,73] были суммированы основные характеристики сейсмичности районов активных вулканов и вулканических землетрясений: локальный и преимущественно роевый характер возникновения землетрясений; малая величина предельной магнитуды (до 5,5-6); повторение групп и роев землетрясений в одних и тех же сейсмоактивных зонах; большое количество поверхностных и относительно слабых событий и, как следствие, повышенные значения коэффициента

(или b) в распределении числа землетрясений по энергии; наличие более длиннопериодного излучения очагов вулканических землетрясений по сравнению с тектоническими землетрясениями такой же силы. Отмечалось сходство в поведении коэффициента землетрясений и параметра плотности сейсмогенных разрывов в процессах подготовки и развития извержений и перед сильными землетрясениями, а также на сдвиговый характер подвижек в очагах вулканических1 и тектонических землетрясений, что являлось подтверждением предположения об аналогии процессов разрушения на разных масштабных уровнях, управляемых единым физическим механизмом.

По данным локальной сети были исследованы особенности сейсмичности и глубинное строение вулкана Карымский, под которым в земной коре на глубине порядка 4 км была выделена асейсмичная область радиусом около 2,5-3 км, отождествляемая с периферическим магматическим очагом [63]. Характеристики извержений и сейсмического режима Карымского вулкана за период 1965-1986 гг. обобщены П.И.Токаревым [39].

Результаты детальных сейсмологических наблюдений сейсмичности Ключевского вулкана за 1978-1987 гг. были положены в основу построения модели деятельности питающей его магматической системы [50,58,62,69].

Современные исследования в области вулканической сейсмологии в Институте вулканической геологии и геохимии ДВО РАН (1991-2000 гг.)

Со времени организации Института вулканической геологии и геохимии в 1991 г. работы в группе вулканической сейсмологии проводились и проводятся по следующим основным направлениям:

Разработка и совершенствование методов обработки сейсмологической информации с целью получения детальных данных, являющихся основой для фундаментальных и прикладных исследований сейсмичности вулканического процесса (В.И.Горельчик, О.С.Чубарова).

Создание и заполнение базы данных "Вулканические землетрясения Камчатки" (О.СЧубарова).

Исследование пространственно-временных закономерностей сейсмичности вулканов Северной группы с целью выявления новых и совершенствования существующих предвестников извержений, изучения глубинного строения вулканических аппаратов, построения моделей вулканического процесса (В.И.Горельчик, О.С.Чубарова, А.В.Сторчеус, В.А.Широков). 4

Участие в работе группы KVERT (Kamchatkan Volcanic Eruption Response Team) в рамках международной программы по обеспечению безопасности полетов (О.С.Чубарова).

Результаты работ

Модернизирована и приспособлена для IBM PC программа определения гипоцентров и энергетических характеристик землетрясений, разработанная совместно с Объединенным Институтом физики Земли[27], использующая принятую еще в 70-е годы шестислойную модель земной коры. По этой программе выполнено и продолжает выполняться переопределение очагов землетрясений, координаты которых были рассчитаны ранее вручную.

Спроектирована структура и производится заполнение в СУБД FoxPRO базы данных, представляющей систему взаимосвязанных файлов, которая позволяет представить результаты детальных сейсмологических исследований в районе Северной группы вулканов Камчатки в виде комплексной информации. В настоящее время в базе данных имеется достаточно однородный каталог, содержащий подробные данные по ~ 10000 коровых вулканических и тектонических землетрясений района Северной группы вулканов за 1976-1996 гг. Производится компьютерная обработка материалов 1971-1975 гг., обработанных ранее вручную.

Полученный непрерывный ряд наблюдений за два десятилетия позволил уточнить и расширить существующие представления о сейсмичности Северной группы вулканов.

Ключевской вулкан. В предыдущих работах [50;62] на основе сейсмологических данных за 1978-1987 гг. отмечалось, что в земной коре под Ключевским вулканом существует зона трещиноватости, круто уходящая вниз от дневной поверхности до переходного от коры к мантии слоя, отождествляемая с питающей магматической системой. Крупных (с поперечными размерами более 3 км) магматических тел в земной коре под вулканом не обнаружено. В ряде случаев отмечалась миграция очагов землетрясений с глубин ~ 20-30 км почти до дневной поверхности перед усилениями активности центрального кратера или побочными извержениями.

В результате пространственно-временного анализа сейсмической активности в зависимости от состояния Ключевского вулкана за последние 20 лет (1976-1996 гг.) по уровню и характеру проявления сейсмичности в земной коре под вулканом были выделены четыре основных сейсмоактивных горизонта и определены основные характеристики этих слоев [6]. В интервале глубин от дневной поверхности до 20 км происходят, главным образом, вулкано-тектонические (ВТ) землетрясения, возникающие под действием непрерывно меняющегося поля напряжений, создаваемого вокруг магматических каналов, очагов и внедряющихся в вулканическую постройку систем даек и силлов. Как показало изучение пространственного распределения землетрясений в средних горизонтах земной коры (интервал глубин 5-20 км) в зависимости от различных стадий состояния вулкана, эти землетрясения являются индикаторами перераспределения напряжений в среде, вмещающей питающую магматическую систему Ключевского вулкана и, и, по всей видимости, взаимосвязанные магматические системы других вулканов Ключевской группы [10]. Землетрясения в нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое (интервал глубин 20-40 км) под Ключевским вулканом выявлена зона с аномальными физическими свойствами [8,9,10,72] и пониженную скорость (устное сообщение проф. Йельского университета (США) Jh. Lees, 1999). Установлено, что в этой зоне существует длительно действующий источник генерации глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений (собственная частота F₀ = 2-3 HZ), имеющих иную генетическую природу, чем ВТ и тектонические землетрясения [10]. Предполагается, что в интервале глубин 20-40 км под Ключевским вулканом может находиться верхняя часть диапира, представляющая собой систему мелких заполненных расплавом трещин, в которой происходит быстрая смена физико-химических состояний. Проверяется соответствие предложенной А.В.Сторчеусом гипотезы происхождения ГДП землетрясений под Ключевским вулканом наблюдаемым фактическим данным [10].

Вулкан Безымянный. Исследована сейсмичность вулкана Безымянный (1971-1994гг.) на современном этапе эруптивного цикла. С момента катастрофического взрыва 30 марта 1956 г. вулкан находится в стадии роста внутрикратерного экструзивного купола Новый, сопровождающейся эксплозиями различной силы, скатыванием раскаленных каменных лавин, образованием пирокластических, и, начиная с 1977 г., лавовых потоков [59]. Извержения предваряются и сопровождаются специфическими близповерхностными землетрясениями. Характерной особенностью эксплозивно-эффузивного периода 1977-1994 гг. является, начиная с 1981 г, возникновение землетрясений с аномально большой длительностью, связанных с активными процессами деформации и разрушения купола и сходом каменных лавин [64]. Пароксизмальная фаза извержений, в большинстве случаев, характеризуется спазматическим вулканическим дрожанием, связанным с образованием пирокластических потоков. По сделанным О.С.Чубаровой грубым оценкам, сейсмическая энергия спазматического дрожания на порядок и более превосходит энергию землетрясений, связанных с тем же извержением. Линейный размер сейсмоактивной зоны вулкана Безымянный достигает ~ 15 км. Все землетрясения этой зоны за рассматриваемый период происходили на глубинах не более 5-6 км, что может быть связано с существованием магматических очагов (или очага) в верхних и средних горизонтах земной коры. Энергия землетрясений, связанных с извержениями вулкана Безымянный за период 1971-1994 гг., была меньше, чем на начальной стадии эруптивного цикла. В 1955-1956 гг. несколько землетрясений имели магнитуду M = 5, в 1957-1970 гг. величина M достигала 3, а за последние десятилетия только одно наиболее сильное землетрясение с M = 2 произошло в 1977 г. перед извержением, в процессе которого впервые был излит лавовый поток. Кратковременность или почти полное отсутствие сейсмической подготовки на уровне выше M = 0, который обеспечивается ближайшей сейсмостанцией, не позволяют, как в 50-60^ые годы, прогнозировать извержения вулкана Безымянный по сейсмологическим данным [64].