4541-1 (586493), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

В целом эпицентральная область землетрясений слоя 1 в период 1978 - 1996 гг. имела площадь около 150 - 170 км², наиболее удаленные землетрясения с Ks > 5,5 располагались в исследуемые годы на северном склоне Ключевского вулкана на расстояниях до 10 - 12 км от вершинного кратера4. Максимум сейсмичности фиксируется в диапазоне глубин от 2 км выше до 2 км ниже уровня моря, наибольшее количество землетрясений и самые сильные события отмечались в 1978 - 1996 гг. в радиусе около 5 - 6 км от центрального кратера. Среднегодовое количество землетрясений с Ks > 6,0 за этот же период составило примерно 30 соб/год. Долговременное значение параметратра в распределении logN = a - ylogE равно приблизительно 0,75 (для 730 землетрясений).

Сейсмоактивный горизонт 2 (глубины 5 - 12 км), расположен в метаморфизованных породах мелового фундамента, которые, согласно геолого-геофизическим данным [2,3], в районе Ключевской группы вулканов сменяются отложениями гранитно-метаморфического слоя приблизительно на глубине около 6 км. Cлой 2 слабосейсмичный, в нем происходит менее 5 % от общего числа возникающих в Центральной зоне землетрясений, суммарная сейсмическая энергия которых более чем на два порядка ниже, чем в слое 1, за период 1978 -1996 гг. Ks^max = 7.5 (M ~ 2). Среднегодовое количество землетрясений с Ks > 6,0, определенное за 19 лет, составляет порядка 1 - 2 событий в год.

Глубины 12 - 20 км ( горизонт 3 ), по общим представлениям о геологическом строении района Ключевской группы вулканов [2,3], соответствуют "гранитному" слою, имеющему на глубине 18 - 20 км нечетко выраженную границу с нижним горизонтом земной коры, так называемым "базальтовым" слоем. Горизонту 3 присущи более высокая сейсмическая активность и большие поперечные размеры по сравнению со слоем 2. Максимальный энергетический класс землетрясений в период 1978 - 1996 гг. достигал 9,3 (M = 3,1). Максимум сейсмичности приурочен к глубинам ~ 15 - 18 км. Долговременное значение параметра ~ 0,86 (для 125 событий с Ks > 6,0). Примерно такой же величиной оценивается параметр для объединенных в один слоев 2 и 3 (164 землетрясения).

Слой 4 расположен на глубинах 20 - 35 (40) км, в низах земной коры и зоне перехода от коры к мантии, которая повсеместно в районе Ключевской группы вулканов характеризуется сложным распределением скоростей [2]. В слое 4 наблюдается наибольшее число землетрясений, но суммарная сейсмическая энергия их более чем на порядок ниже, чем в слое 1 (см. рис.4, Б). Максимальный энергетический класс землетрясений, происходяших в этом слое, за период с 1978 по 1996 гг. не превышал 6,5 - 6,7 (M~1,3). Площадь эпицентральной области, образованной этими землетрясениями в 1978 - 1996 гг., занимает приблизительно 110 км². Максимум сейсмичности фиксируется в интервале глубин 25 - 30 км, в средней части переходной зоны. Область вытянута с северо-запада на юго-восток на 10 - 12 км, центр ее смещен относительно вершинного кратера к северо-востоку. Среднегодовое количество ГДП землетрясений с Ks > 5,5, подсчитанное за 19 лет, достигает ~ 80 событий в год, Долговременное значение величины , определенное для 1450 землетрясений, составило ~ 2,6.

Временные соотношения между сейсмической и вулканической активностью на Ключевском вулкане. Данные, опубликованные в многочисленных литературных источниках, начиная с монографии П.И. Токарева [23], а также приведенные в настоящей статье, демонстрируют непосредственную прямую связь между вулканической активностью и сейсмичностью под Ключевским вулканом на глубинах менее 5 км. Именно в вулканической постройке и вулканогенно-осадочном слое регистрируются краткосрочные предвестники извержений - рои землетрясений, предваряющие побочные, а иногда и вершинные извержения. Мы не будем останавливаться на этом вопросе, а перейдем к дополнительному исследованию интересной особенности сейсмичности питающей магматической системы Ключевского вулкана, расположенной в земной коре, которая была отмечена впервые в работе [26]. Суть этой особенности сводится к следующему. В течение двадцати с лишним лет детальных сейсмологических наблюдений в Центральной зоне под Ключевским вулканом неоднократно наблюдалась миграция очагов землетрясений снизу вверх, с глубин 20 - 35 (40) км до самых верхних частей вулканической постройки в периоды усиления вулканической активности, а также сверху вниз - в периоды ее ослабления. В интервале времени с 1978 - до середины марта 1987 гг. перемещение очагов землетрясений отмечалось практически перед всеми побочными и вершинными извержениями и сразу или вскоре после их окончания (см. рис.13 в [26]). Приведенные в настоящей статье данные за март 1987 - 1996 гг. отражают, хотя и более сложную, но в общем ту же картину. Достаточно выразительные эпизоды уменьшения или увеличения глубины очагов землетрясений наблюдались перед вершинным извержением в конце декабря 1987 г. и последовавшим за ним побочным извержением им.XXV-летия ИВ в конце января 1988 г.(периоды "д" и "е" на рис.3, А); приблизительно за 10 суток до начала побочного прорыва им. Скуридина 26 июля 1989 г. (конец периода "и", начало "к" на рис.3, Б); во время затухания вершинного извержения, которое началось с первых чисел октября 1990 г. ( конец периода "н" на рис.3, Б); перед и после сильных вершинных извержений 1993 и 1994 гг. (периоды "у", "ф", "ш" на рис.3, Г). По грубым оценкам, за минувшие 20 лет максимальная скорость миграции сейсмической энергии достигала ~ 1 - 2 км/сутки. Длительность периодов появления землетрясений в интервале глубин 20 - 40 км составляла от нескольких недель до 5 - 10 месяцев, при этом тенденция к более продолжительной (более 5 месяцев) сейсмической активизации в слое 4 наблюдалась в 1989 - 1994 гг., когда происходили наиболее значительные вершинные и побочные извержения Ключевского вулкана. Усиление сейсмичности внутри этих периодов отмечалось в среднем за 0.5 - 4 месяца до начала, а также спустя несколько дней или несколько недель после окончания эруптивных событий. Во время вулканической активности землетрясения в слое 4 нередко исчезали, но иногда продолжали происходить небольшими группами или в виде одиночных событий. Не исключено, что это может свидетельствовать о непрекращающихся процессах в нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое под вулканом, которые как бы "подпитывают" уже развивающиеся извержения, обусловливая продолжительность и мощность последних. В качестве примера можно привести период 1989 - 1990 гг. За усилением сейсмичности в слое 4 (миграция очагов землетрясений вниз), которое наступило с середины января 1989 г. на фоне прекращения излияния лавы из трещины на восточном склоне вулкана, последовало не ослабление вулканической деятельности, как можно было бы ожидать после эруптивных событий 1988 г. (вершинные и субтерминальные, побочное и мини-побочные извержения), а перемещение землетрясений вновь в средние и верхние горизонты земной коры и новое усиление активности вулкана - побочный прорыв им. Скуридина, крупное вершинное извержение 23.01 - 6.02. 1990 г. (см. период "и" на рис.3, Б). После этих сильных извержений, в течение апреля - августа 1990 г., на глубинах 20 - 30 км происходили отдельные слабые землетрясения, в это же время продолжалось образование трещин на склонах вулкана, сопровождавшееся роями неглубоких землетрясений. И только после окончания последнего такого роя (12), 15 - 16 августа началось перемещение сейсмической активности в нижние горизонты земной коры (см. конец периода "к" на рис.3, Б), за которым последовало почти полное прекращение вершинного извержения.

Землетрясения во втором и третьем слоях Центральной зоны, возникающие в виде редких одиночных событий, в целом подобны. Разделение интервала глубин 5 - 20 км на два слоя основано на различии уровней сейсмичности, которая в слое 2 на порядок ниже, чем в слое 3. В зависимости от скорости и направления миграции сейсмической энергии, о чем говорилось выше, землетрясения в средних горизонтах земной коры под Ключевским вулканом чаще происходят за время от 2 - 3 месяцев до нескольких дней - нескольких недель до начала или после окончания вулканической активности. В ряде случаев наблюдалась непосредственная связь между появлением землетрясений в 3 или 2 слоях и извержениями Ключевского вулкана. Так, сразу после землетрясения 28 февраля 1983 г. с Ks = 8,3 и H = 13 км (слой 3) произошло резкое ослабление вершинного извержения, а еще спустя 32 ч на том же восточном склоне начал развиваться рой неглубоких землетрясений, предварявший побочное извержение Предсказанное [7] Самое сильное землетрясение в рое (Ks = 8,7, Н = 0 км), предварявшем побочное извержение им. Скуридина в июле 1989 г., произошло через 5 ч после землетрясения с глубиной порядка 8 - 10 км (слой 2) непосредственно под вершинным кратером Ключевского вулкана.

На рис.5 показано изменение среднегодовых значений числа и энергии землетрясений с Ks > 5,5 в слоях Центральной зоны (в 1, объединенных 2, 3 слоях и в 4 слое), определенных по трехлетним интервалам времени за период 1977 - 2000 гг. (для 1997 - 2000 гг. использованы данные каталога ОМСП). Первое, что заметно на приведенных графиках, это то, что увеличение числа и энергии землетрясений в 4 и 3 - 2 слоях в 1983 - 1984 гг. в среднем происходило на 1 - 2 года раньше, чем в вулканогенно-осадочном слое и в вулканической постройке. По-видимому, после провала в вершинном кратере Ключевского вулкана, развившемся в 1980 - 1982 гг. [17], вследствие нового поступления магмы в питающую систему из глубинного источника и роста давления в вышележащих горизонтах происходила "проработка" магмоподводящего канала или каналов Ключевского вулкана. На глубинах от 5 до 20 км наиболее высокий уровень сейсмичности наблюдался в промежутки времени, включавшие вершинные и побочные извержения 1983 - 1990 гг., после чего сейсмическая активность в средних горизонтах коры в Центральной зоне снизилась. В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое среднегодовые значения числа и энергии землетрясений возрастали по мере усиления вулканической деятельности, начиная с извержений 1984 - 1988 гг. и заканчивая пароксизмом 1994 г. и последовавшим вслед за ним периодом 1995 - 1997 гг., в течение которого в вершинном кратере Ключевского вулкана был обнаружен провал (первые данные аэросьемки получены в августе 1995 г.). Глубина провала во время облета в сентябре 2000 г. составила ~ 800 м. Согласно данным каталога ОМСП, в 1997 - 2000 гг. происходило постепенное снижение сейсмичности на всех уровнях глубин, при этом, начиная с марта 1999 г. по настоящее время землетрясения с глубиной очага 20 - 40 км под вулканом на уровне приблизительно третьего энергетического класса отсутствуют.

О природе землетрясений в земной коре под Ключевским вулканом. Согласно классификации, предлагаемой в настоящее время рядом исследователей сейсмических сигналов на вулканах мира [5,30, и др.], большинство землетрясений, регистрируемых под Ключевским вулканом в слоях 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 [5] и представляющие т.н. 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 [10,23], а также т.н. гибридные землетрясения, являющиеся, суперпозицией вулкано-тектонических и низкочастотных землетрясений [6,30]. Вследствие технических трудностей выделение подобных землетрясений по аналоговым записям не производилось.

Как уже упоминалось, землетрясения на глубинах 20 - 40 км под Ключевским вулканом по целому ряду характеристик отнесены нами к разряду глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений (подробнее об этом см. статье В.И.Горельчик и А.В.Сторчеуса в настоящем сборнике [13]).. Отдельные ГДП землетрясения регистрируются иногда на глубинах 18 - 20 км и формально попадают в слой 3. Это связано с естественной непрямолинейностью и условностью проведения границ между слоями, а также с ошибками в определении координат очагов.

ГДП землетрясения под Ключевским вулканом, как отмечалось выше, часто 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, аномально высокие значения угла наклона графика повторяемости [12]. Имеются данные томографии об уменьшении скоростей сейсмических волн в слое 4 (устное сообщение профессора Йельского университета США Дж. Лиса, 1998 г). По предварительным оценкам, сделанным А.В. Сторчеусом [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 земной коры и в самом 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 (см. рис.5) в связи с его деятельностью в течение цикла 1977 - 2000 гг. (за начало цикла мы условно приняли время после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975 - 1976 гг., когда вследствие появления новых пунктов наблюдения увеличилось количество обрабатываемых землетрясений). Землетрясения в слоях 2 и 3, как уже упоминалось выше, 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 (в нашем случае в 1977 - 1987 гг.), когда пути движения магмы и флюидов были менее "проработаны", в средних горизонтах земной коры под Ключевским вулканом возникали относительно более сильные землетрясения. В дальнейшем, по мере накопления магмы в питающей системе вулкана, и, как следствие, 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, по нашему предположению, являются отражением процессов, управляющих состоянием вулкана. На основании данных, имеющихся в литературе [5,30] и полученных нами при исследовании сейсмичности Ключевского вулкана, представляется, что в генерации ГДП землетрясений важная роль должна принадлежать флюидам. Длительно действующий источник генерации ГДП землетрясений фиксирует положение питающей магматической системы в нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое. Более подробно вопросы, касающиеся свойств и природы ГДП землетрясений под Ключевским вулканом, обсуждаются в работе [13].

Усиление сейсмической активности в нижних горизонтах коры и переходном от коры к мантии слое, как правило, 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 [28]. В качестве ближайших задач предстоит выработать количественные критерии выделения аномалий ГДП сейсмичности и исследовать связь ГДП землетрясений с геодинамической обстановкой в Курило-Камчатском регионе. Необходимым, на наш взгляд, является исследование скорости возникновения ГДП землетрясений и более детальное изучение пространственного распределения землетрясений в средних горизонтах земной коры как индикаторов изменения и перераспределения напряжений в питающей магматической системе.

Замечание. После пароксизмального извержения 1994 г. до настоящего времени (февраль - март 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, по-видимому, свидетельствует о замедлении или прекращении процессов проседания магматической колонны и формирования провала. По мнению В.Н. Двигало [17], прекращение процесса просадок может быть сигналом к возможной новой активизации вулкана. Разделяя такую точку зрения и учитывая масштабы опустошения магматического канала [18], мы высказываем предположение, что следующий цикл активности Ключевского вулкана с большой степенью вероятности может начаться с побочного извержения. В настоящее время важно получение данных аэронаблюдений о состоянии вершинного кратера.

Характеристики

Список файлов ВКР