Реферат: К истории развития сейсмологических исследований на вулканах Камчатки
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 50-60ые годы, прогнозировать извержения вулкана Безымянный по сейсмологическим данным [64].
Вулкан Шивелуч.. На основании данных детальных сейсмологических наблюдений за 1962-1997 гг. проанализирована связь между коровой и мантийной сейсмичностью и активностью вулкана [15,74]. Изучена конфигурация сейсмофокальной зоны, которая под районом вулкана состоит из двух пересекающихся и несколько смещенных относительно друг друга слоев. Несколько более пологое падение сейсмофокального слоя на глубинах 30-110 км (
= 50o ) сменяется на более крутое на глубинах 70-200 км = 68o ). Приходящийся на глубины 90-110 км излом совпадает с проекцией вулкана Шивелуч на сейсмофокальную поверхность. Эти глубины являются наименьшими среди аналогичных глубин для всех действующих вулканов Камчатки. Для периода экструзивно-эксплозивного извержения вулкана (1980-1994 гг.) выявлена прямая зависимость вулканической активности от уровня сейсмичности на глубинах 100-120 км. Эти данные позволяют предположить, что процессы магмообразования в мантийном клине и "подпитка" корового очага вулкана связаны с глубинами не менее 100 км. Пространственно-временное распределение очагов землетрясений и их связь с вулканической активностью подтверждают и дополняют петролого-геохимические представления о мантийно-коровом питании вулкана Шивелуч. Сделан вывод, что заметные изменения уровня сейсмичности на глубинах 100-200 км в районе вулкана должны влиять на усиление или ослабление его активности. Наиболее сильное после 1964 г. извержение в апреле 1993 г. было успешно предсказано по комплексу данных о динамике сейсмичности в земной коре и верхней мантии.
Исследование скоростного строения и напряженно-деформированного состояния среды в районе активных вулканов по сейсмологическим данным. Работы по этому направлению выполнялись совместно с Объединенным Институтом физики Земли РАН. Объект исследований - районы Большого трещинного Толбачинского извержения и всей Ключевской группы вулканов. Разработанная авторами методика слежения за изменениями различных физических характеристик среды под воздействием поля напряжений опробована при исследовании процесса подготовки и развития БТТИ в 1975 г. В качестве исходных данных использовались времена пробега P и S волн от слабых землетрясений из района расположения сейсмических станций и вулканов. При слежении за параметром ?, вычисляемом аналитически как отношение времен пробега волн P и S волн, зарегистрированных единичной сейсмической станцией, были получены краткосрочный предвестник (прогностическая кривая) и средне-долгосрочный предвестник (суммарные карты распределения параметра ? по площади и изменение карт во времени). Предвестники предваряли отдельные переломные моменты в развитии извержения. По параметру ? , прямо связанному с полем напряжений, были вычислены среднее давление, ориентация главных осей деформации и осуществлен их мониторинг. Показано хорошее совпадение полученных результатов с данными геолого-геофизических и вулканологических наблюдений, выполненных в период извержения. Это обстоятельство является подтверждением того, что предложенный комплекс алгоритмов и программ может быть с успехом использован для прогноза землетрясений [26].
На основе использования созданного в группе вулканической сейсмологии каталога местных землетрясений района Северной группы вулканов и комплексного метода реконструкции трехмерного скоростного строения и восстановления напряженно-деформированного состояния среды получены новые данные о структуре скоростного поля и напряженно-деформированного состояния земной коры в районе Ключевской группы вулканов Камчатки, включая зону БТТИ [25]. Обнаруженные зоны повышенных и пониженных скоростей хорошо согласуются с известными по геологическим данным структурами. В центральной части района располагается область пониженных скоростей, которую пересекает сквозькоровый разлом, проходящий через действующие вулканы центрального типа и зоны ареального вулканизма, и является основной магмоподводящей структурой, контролирующей современную вулканическую деятельность Ключевской группы вулканов. В целом скоростной разрез вкрест вулканов Ключевской и Безымянный более высокоскоростной, чем в районе вулкана Плоский Толбачик и Северного и Южного прорывов БТТИ. Выявлены специфические физические свойства среды в Толудской сейсмоактивной зоне (область к востоку и юго - востоку от вулкана Плоский Толбачик) - сохраняющиеся до глубин 15 км пониженные скорости и положительные величины среднего давления, свидетельствующие о существовании здесь значительной области разуплотнения. Эти свойства обусловили отток в нее магмы во время развития трещинного Толбачинского извержения в 1975 г. и образования провальной кальдеры в вершинном кратере Плоского Толбачика.
Список литературы
Горельчик В.И. Распределение очагов землетрясений в районе Авачинско- Корякской и Жупановской групп вулканов в 1964-1967 гг. // Бюлл. вулканол. ст.1970. N 46. С.9-14.
Горельчик В.И. Сейсмичность Южной Камчатки // Сейсмичность и сейсмический прогноз, свойства верхней мантии и их связь с вулканизмом на Камчатке / Ред. С.А.Федотов. Новосибирск: Наука, 1974. C.52-62.
Горельчик В.И. О регистрации слабых вулканических землетрясений в районе Авачинского вулкана // Бюлл. вулканол. ст.1978. N 54. С.9-21.
Горельчик В.И. Сейсмическая активность Ключевского вулкана в период подготовки и развития прорыва "Предсказанный" в марте-июле 1983 года // Вулканология и сейсмология. 1985. N 1. С.71-87.
Горельчик В.И. Разработка и опробование системы прогноза вулканических извержений на Камчатке: Отчет о НИР (заключит.) // ВНТИЦентр; ГР 81068164; Инв. .N 528. М., 1986, Гл.3 ,4. С.63-227.
Горельчик В.И., Гарбузова В.Т. Сейсмическая активность Ключевского вулкана как отражение его магматической деятельности (наст. сборник).
Горельчик В.И., Левина В.И. Пространственно-временные и динамические характеристики землетрясений, связанных с извержением Ключевского вулкана в 1974 г. // Вулканология и сейсмология. 1985. N 6. С.59-79.
Горельчик В. И., Степанов В. В. Сейсмичность района Северной группы вулканов Камчатки в 1971-1972 гг. // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов. Владивосток, 1976. С.198-218.
Горельчик В.И., Сторчеус А.В. О длиннопериодных вулканических землетрясениях в нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое под Ключевским вулканом // Материалы научно-практической конференции "Проблемы сейсмичности Дальнего Востока, новая карта сейсмического районирования ОСР-97, ее роль и значение для Петропавловска-Камчатского и области". Петропавловск-Камчатский, 6-9 апреля, 1999. С.73.
Горельчик В.И., Сторчеус А.В. Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом. Камчатка. наст. сборник.
Горельчик В.И., Фарберов А.И.. Некоторые особенности строения вулканических областей по сейсмологическим данным // Материалы III Всесоюзн. вулканол. совещ. "Вулканизм и глубины Земли". М.: Наука, 1971. С.107-113.
Горельчик В.И., Зобин В.М., Токарев П.И. Сейсмичность вулканов // Вулканология и сейсмология. 1987. N 6. С.16-77.
Горельчик В.И., Зобин В.М., Чубарова О.С. Сейсмичность и динамические параметры очагов землетрясений в районе Большого трещинного Толбачинского извержения в 1975-1978 гг. // Вулканология и сейсмология. 1981. N 3. С.73-98.
Горельчик В.И., Чубарова О.С., Гарбузова В.Т. Сейсмичность района Северной группы вулканов Камчатки, 1971-1983 гг. // Вулканология и сейсмология. 1988. N 1. С.90-100.
Горельчик В.И., Гарбузова В.Т., Дрознин Д.В., Левина В.И.,Фирстов П.П., Чубарова О.С., Широков В.А.. Вулкан Шивелуч: глубинное строение и прогноз извержения по данным детальной сейсмичности 1962-1994 гг. // Вулканология и сейсмология. 1995. N 4-5. C.54-75.
Горшков Г.С. Сейсмические наблюдения в селе Ключи (с 28 августа по 31 декабря 1948 г.) // Бюлл. вулканол. станций. 1953. N 19. С.13-31.
Горшков Г.С. Сейсмические наблюдения в 1949 г. // Бюлл. вулканол. станций. 1954. N 21. С.19-39.
Горшков Г.С. Сейсмические наблюдения в первой половине 1951г. // Бюлл. вулканол. станций. 1954. N 23. С.24-31.
Горшков Г.С. Вулканическое дрожание, связанное с прорывом кратера Былинкиной // Бюлл. вулканол. станций. 1954. N 23. С.31-37.
Горшков Г.С. О глубине магматического очага Ключевского вулкана // Докл. АН СССР. 1956. Т.106. N 4. С.703-705.
Зобин В.М. Механизм вулканических землетрясений, связанных с извержением вулкана Шивелуч в ноябре 1964 г. // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1970. N 3. С.31-36.
Иванов Б.В., Горельчик В.И. Тектоника, сейсмичность и вулканизм района Ключевской группы вулканов // Глубинное строение, сейсмичность и современная деятельность Ключевской группы вулканов / Ред. Б.В. Иванов, С.Т. Балеста. Владивосток, 1976. С.42-51.
Иванов Б.В., Андреев В.Н., Горельчик В.И., Максимов А.П., Степанов В.В., Чирков А.М. Извержение Ключевской сопки в 1972-1974 гг. и образование побочных кратеров на юго-западном склоне вулкана // Геодинамика и вулканизм островных дуг северо-западного сектора тихоокеанского кольца. М.: Сов. Радио, 1978. С.90-104.