АНАТОМИЯ СЕЙСМИЧНОСТИ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА

source: http://www.neuch.ru/referat/36408.html

В.И. Горельчик, В.Т. Гарбузова подробно анализируют сейсмический стресс вулкана за период 1977 - 1996 гг.

Сейсмичность Ключевского вулкана происходит при глубине очагов менее 40 км. В земной коре под вулканом выделены четыре горизонта с различным уровнем и характером сейсмичности -4-5 км; 5-12 км; 12-20 км; 20-40 км. В первых трех горизонтах происходят, главным образом, вулкано-тектонические землетрясения, возникающие в твердой среде под действием непрерывно меняющегося поля напряжений, создаваемого вокруг магматических каналов, очагов, систем даек и силлов, внедряющихся в вулканическую постройку. В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое (интервал глубин 20-40 км) выявлена зона с аномальными физическими свойствами, в которой генерируется множество глубоких длиннопериодных землетрясений.

Предполагается, что природа этих землетрясений связана с процессами, происходящими в магме.

Центральная сейсмоактивная область представляет зону трещиноватости, круто уходящую вниз до переходного от коры к мантии слоя до глубин 20 - 30 км, отождествляемую с питающей магматической системой.

Диаметр зоны в наиболее широкой части около 20 км, центр ее несколько смещен относительно кратера на северо-восток. Происходящие в этой зоне землетрясения возникают в упругой среде при изменении в ней поля напряжений. Внутри зоны не обнаружено асейсмичных областей диаметром более 3 км, которые могли бы быть магматическими телами под вулканом. В ряде случаев отмечалась миграция очагов землетрясений с глубин ~ 25 км до дневной поверхности перед усилениями активности центрального кратера или побочными извержениями, что свидетельствует о существовании в земной коре под вулканом непрерывной магмоподводящей системы каналов.

ПРИРОДА НАПРЯЖЕНИЙ

Согласно классификации сейсмических сигналов на вулканах мира, большинство землетрясений, регистрируемых под Ключевским вулканом в горизонтах 1, 2 и 3, по природе их возникновения, относятся к вулкано-тектоническим (ВТ) землетрясениям, которые возникают под действием непрерывно меняющегося поля напряжений, создаваемого вокруг магматических каналов, очагов, систем даек и силлов, внедряющихся в вулканическую постройку и/или в результате перераспределения давления в питающей магматической системе. В слое 1 регистрируются также низкочастотное вулканическое дрожание, взрывные и другие низкочастотные сигналы, связанные с процессами дегазации в магме и представляющие поверхностную длиннопериодную (ПДП) сейсмичность.

В слоях 1 - 3 могут происходить низкочастотные вулканические землетрясения, возникающие при образовании трещин, заполняемых продвигающейся магмой, например, в роях, предваряющих побочные прорывы на склонах Ключевского вулкана, а также гибридные землетрясения, являющиеся, суперпозицией вулкано-тектонических и низкочастотных землетрясений.

Землетрясения на глубинах 20 - 40 км под Ключевским вулканом по целому ряду характеристик отнесены к разряду глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений.

ГДП землетрясения под Ключевским вулканом образуют группы и рои, состоящие из событий, однотипных по форме записи, которая в значительной степени отличается от записей землетрясений в вышележащих слоях и от записей обычных тектонических землетрясений, возникающих в нижних горизонтах земной коры за пределами Центральной сейсмоактивной зоны. Для ГДП землетрясений под Ключевским вулканом характерны узкий диапазон энергетических классов, в 1978 - 1996 гг. не превышавших величину 6,5 - 6,7, более длинный видимый период колебаний в S-волнах максимальной амплитуды.

Имеются данные томографии об уменьшении скоростей сейсмических волн в слое 4. По предварительным оценкам А.В. Сторчеуса [31], эффективная вязкость среды в слое 4 на несколько порядков ниже, чем в астеносфере. Все это дает основание предполагать, что среда под Ключевским вулканом в диапазоне глубин ~ 20 - 40 км отличается по физическим свойствам от окружающей среды на более высоких горизонтах и в переходном слое вне Центральной зоны.Происходящие в слое 4 ГДП землетрясения имеют иную генетическую природу, чем обычные ВТ землетрясения, вызываемые реализацией напряжений в твердой среде.

Это предположение подтверждается также отмеченным выше различием тенденций в поведении сейсмической активности на глубинах 5 - 20 км и 20 - 40 км под Ключевским вулканом во времени в связи с его деятельностью в течение цикла 1977 - 2000 гг. (за начало цикла условно принято время после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975 - 1976 гг.).

Землетрясения в слоях 2 и 3 отражают перераспределение напряжений в районе вулкана, которые возникают в связи с движением магмы в магматической системе и изменением давления в последней. На более ранних стадиях вулканического цикла (1977 - 1987 гг.), когда пути движения магмы и флюидов были менее "проработаны", в средних горизонтах земной коры под Ключевским вулканом возникали более сильные землетрясения. По мере накопления магмы в питающей системе вулкана, и усиления эруптивной деятельности, "проницаемость" магматического канала увеличивается, землетрясений в интервале глубин 5 - 20 км становится меньше и их энергия снижается, что и наблюдалось в 1990 -1994 гг.. Сейсмическая активность на глубинах 20 - 40 км достигала наивысшего уровня на наиболее активной стадии эруптивного цикла, в период самых сильных извержений вулкана (1990, 1993, 1994 гг.) и наступившего затем процесса проседания магматической колонны и формирования провала в вершинном кратере.

Таким образом, землетрясения в слое 4 являются отражением процессов, управляющих состоянием вулкана. В генерации ГДП землетрясений важная роль принадлежит флюидам. Длительно действующий источник генерации ГДП землетрясений фиксирует положение питающей магматической системы в нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое.

Усиление сейсмической активности в нижних горизонтах коры и переходном от коры к мантии слое на несколько недель или месяцев опережает возникновение краткосрочных предвестников эруптивных событий - роев неглубоких ВТ землетрясений, что делает целесообразным включение слежения за поведением ГДП землетрясений в методику комплексного прогноза извержений Ключевского вулкана.

После пароксизмального извержения 1994 г. до настоящего времени (2001 г.) Ключевской вулкан не проявляет заметной активности. Провал, образовавшийся в вершинном кратере, имеет глубину ~ 800 м. По данным ОМСП, сейсмичность на глубинах 20 - 40 км стала резко уменьшаться во второй половине 1998 г., с конца марта 1999 г. ГДП землетрясения с Ks > 3,5 в слое 4 не регистрируются. В 2000 г. на уровне Ks > 5,5 отсутствуют землетрясения в средних горизонтах земной коры и существенно снизилась поверхностная сейсмичность.

Все это свидетельствует о замедлении или прекращении процессов проседания магматической колонны и формирования провала.

ВЫВОДЫ

1. В земной коре под Ключевским вулканом выделены четыре слоя, различающихся по уровню сейсмической активности и характеру связи с вулканической деятельностью.

2. В слоях 1 - 3 вулкано-тектонические землетрясения происходят в упруго-деформированной среде под действием меняющегося поля напряжений, возникающих при перемещениях магмы и газов в питающей магматической системе вулкана. Самый высокий уровень сейсмичности отмечается на глубинах менее 5 км (слой 1), где происходят многочисленные рои землетрясений, связанные с внедрением даек и силлов в вулканическую постройку.

Землетрясения в интервале глубин 5 - 20 км (слои 2 и 3) являются индикаторами подвижек, происходящих на путях миграции магмы и/или флюидов в средних горизонтах земной коры, через которые проходит магмоподводящий канал или система каналов.

3. 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, в которой генерируется множество глубоких длиннопериодных землетрясений.

Предполагается, что природа этих землетрясений связана с процессами, происходящими в магме и определяющими состояние вулкана.

СЕЙСМИЧНОСТЬ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА В 1987-1996 гг.
АНАЛИЗ ДАННЫХ
Список литературы