УДК [551.24+550.34]:551.21
АНАЛИЗ ПОДГОТОВКИ ТРЕЩИННОГО ТОЛБАЧИНСКОГО ИЗВЕРЖЕНИЯ 2012-2013 гг. В ПАРАМЕТРАХ СЕЙСМИЧЕСКОГО РЕЖИМА И ДЕФОРМАЦИЙ ЗЕМНОЙ КОРЫ ПО ДАННЫМ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА АКТИВНОСТИ ВУЛКАНОВ КАМЧАТКИ
© 2015 г. Ю. А. Кугаенко, Н. Н. Титков, В. А. Салтыков, П. В. Воропаев
Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: ku@emsd.ru Поступила в редакцию 04.08.2014 г.
Проанализированы смещения земной поверхности и сейсмичность перед Трещинным Толбачин-ским извержением, которое началось на Камчатке 27 ноября 2012 г. По сейсмическим и GPS данным выявлены синхронные, предварявшие извержение аномалии деформаций земной коры и сейсмического режима длительностью около 4 месяцев (апрель—ноябрь 2012 г.). Сейсмическая аномалия представляет собой статистически значимую сейсмическую активизацию низкого энергетического уровня (преимущественно KS = 4—6) под постройкой вулкана Плоский Толбачик на глубине до 5 км. В последние 2—3 недели перед извержением среднемноголетние (2000—2011 гг.) скорости потока сейсмических событий и выделения сейсмической энергии были превышены ~ в 40 раз. Деформационные аномалии проявились в перемещении центральной части Ключевской группы вулканов: зарегистрировано сжатие в радиальном по отношению к извержению направлении и растяжение в тангенциальном. К началу извержения относительные деформации достигли ~10-7. Сопоставимая длительность сейсмической и деформационной аномалий (~4 месяца до извержения) свидетельствует об их общей генетической природе и позволяет отнести их к единому временному масштабу предвестников (согласно принятой терминологии — среднесрочному).
DOI: 10.7868/S0203030615040057
ВВЕДЕНИЕ
27 ноября 2012 г. на Камчатке началось одно из крупнейших извержений, отмеченных в последние десятилетия на территории России, — Трещинное Толбачинское извержение 2012—2013 гг. им. 50-летия Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (ТТИ-50) — объем излившейся лавы которого оценивается ~ в 0.55 км3 [Самойлен-ко и др., 2012; Белоусов, Белоусова, 2013; Волынец и др., 2013; Гордеев и др., 2013а; Двигало и др., 2014; Ермаков и др., 2014; Edwards et al., 2013]. Это грандиозное, преимущественно лавовое извержение произошло в Южной части Ключевской группы вулканов (рис. 1, рис. 2). ТТИ-50 является ярким примером извержения гавайского типа: в начальной фазе оно сопровождалось умеренными пепло-выми выбросами, а в течение всего извержения наблюдались мощные фонтаны лавы и интенсивное излияние жидких лавовых потоков, которые остановились только в конце августа 2013 г.
Начало извержения было оперативно идентифицировано по сейсмическим данным в Камчатском региональном информационно-обрабатывающем центре ГС РАН [Гордеев и др., 2013а; Edwards et al., 2013]. ТТИ-50 началось 27 ноября 2012 г. в 17:15 местного времени (05:15 UTC) с об-
разования поверхностного разлома субмеридионального простирания, вдоль которого впоследствии сосредоточились эруптивные центры извержения. Длина разломной зоны ТТИ-50 составила ~6 км в диапазоне высот от 1500 до 2200 м. Она вспорола как склон вулкана Плоский Толбачик, так и прилегающий к нему северный край Толба-чинского Дола (южной ветви Толбачинской зоны ареального вулканизма). Также по сейсмическим данным установлено, что фонтанирование лавы и излияние лавовых потоков началось примерно через три часа после начала формирования раз-ломной зоны [Гордеев и др., 2013а].
ТТИ-50 продолжило ряд голоценовых трещинных извержений Толбачинского Дола, последнее из которых — многоцентровое Большое трещинное Толбачинское извержение 1975—1976 гг (БТТИ) — было всесторонне изучено камчатскими вулканологами под руководством академика РАН С.А. Федотова [Бюллетень..., 1979; Геологические..., 1978; Большое..., 1984; Федотов, 2003; Федотов и др., 2010, 2011; и др.].
Одним из основных направлений изучения вулканов Камчатки является исследование предвестников извержений [Токарев, 1967, 1976, 1985, 1988; Широков, 1985; Иванов, 2003, 2013; Горель-чик и др., 2004; Сторчеус, 2007; Федотов, Жари-
нов, 2007; Широков, Серафимова, 2008; Кугаенко и др., 2009; Гирина, 2012; Сенюков, 2013; Ji et al., 2013; и др.]. Ключевская группа вулканов всегда являлась объектом пристального внимания ученых из-за высокой эруптивной активности и вулканической опасности. Как показали многолетние работы в этом направлении исследований, сценарии подготовки извержений вулканов Ключевской группы могут быть различны:
— ярко выраженные сейсмические предвестники характерны для эксплозивных извержений вулкана Безымянный [Горшков, 1961; Чубарова и др., 1983; Сенюков, 2013, Thelen et al., 2010; West, 2013; и др.];
— имеется опыт успешного своевременного выявления предвестниковых ситуаций и прогноза вершинных и побочных извержений вулкана Ключевской, основанных на сейсмических данных и зафиксированных спутниками термоаномалиях [Токарев, 1985, 1988; Сенюков, 2013; и др.];
— широко известен пример яркой сейсмической активизации в центральной части Толбачинского Дола в 1975 г. перед образованием Северного прорыва БТТИ, что позволило своевременно спрогнозировать это извержение [Токарев, 1976; Большое..., 1984 и др.].
В последние десятилетия в мире появилось большое количество публикаций о различных инструментально зафиксированных предвестнико-вых явлениях перед извержениями вулканов, например, обзорные работы [McNutt, 1996, 2005; Dvorak, Dzurisin, 1997; Passarelli, Brodsky, 2012; Complex., 2013; Spark, Aspinall, 2013; и др.]. Одной из причин получения обнадеживающих результатов по этой тематике является развитие технической базы наблюдений: организация малоапертурных локальных сейсмологических сетей, развитие систем газового и акустического мониторинга, использование спутниковых технологий для изучения вулканов (систем спутникового позиционирования, космических радаров с синтезированной апертурой — SAR, различных радиометров — AVHRR, ASTER, MODIS) и пр. К сожалению, на настоящий момент исследования российских ученых занимают лишь малую часть в мировом потоке работ на эту тему. Представленная публикация является шагом в этом направлении.
В статье проанализированы смещения земной поверхности и сейсмичность перед ТТИ-50 и выявлены синхронные аномалии, предварявшие это извержение и длившиеся ~4 месяца. Показано, что сейсмическая подготовка ТТИ-50 отличалась от БТТИ: она была значительно более слабой, но более длительной и охватывала не сам район эруптивной активности ТТИ-50, а сконцентрировалась под постройкой вулкана Плоский Толбачик. Впервые в России по GPS данным получены непрерывные ряды записей деформаций земной коры, отражающие подготовку и процесс извержения вулкана.
СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЙ
В настоящее время мониторинг вулканов Камчатки ведется с разной степенью детальности с привлечением как наземных данных, так и спутниковых технологий. Однако мировой опыт и современные тенденции развития наблюдательных сетей требуют расширения частотного и динамического диапазона наблюдательных систем и комплексного подхода c привлечением для слежения за вулканами акустических, деформационных, спутниковых, видео и других видов наблюдений.
Для вулканов Ключевской группы основным видом наблюдений до недавнего времени являлся сейсмический мониторинг. Первая сейсмическая станция, предназначенная для исследования сейсмичности этого объекта, была открыта в пос. Ключи в 1946 г. Вопросы развития сейсмологических наблюдений за вулканами Камчатки отражены в работах [Викулин и др., 2000; Горельчик, 2001; Федотов, 1987, 2002; Федотов и др., 1987; Сейсмологические., 2012; Гордеев и др., 2013б; Чебров и др., 2013]. В настоящее время в районе Ключевской группы вулканов работают 12 сейсмостанций Камчатской региональной сети (см. рис. 1), обеспечен доступ к сейсмическим записям в режиме реального времени, обработка землетрясений ведется на компьютере в интерактивном режиме, что позволяет достаточно оперативно оценивать сейсмическую обстановку на вулканах [Сейсмологические., 2012; Сенюков, 2013; и др.].
В начале 1970-ых годов XX века на вулканах Камчатки были развернуты геодезические работы по исследованию современных движений земной коры (СДЗК), связанных с проявлениями вулканической активности [Федотов, Энман, 1973; Левин и др., 2006; и др.]. Были детально исследованы СДЗК района БТТИ [Большое., 1984; Магуськин и др., 2003, 2013; и др.], Карымского вулканического центра [Федотов и др., 2002; Zobin et al., 2003; Магуськин и др., 1997, 2008; и др.], Ключевского вулкана [Федотов, Жаринов, 2007; Широков и др., 2009; Жаринов, Демянчук, 2009; Федотов и др., 2010 и др.] и др. С середины 1990-х годов на Камчатке стали использовать методы космической геодезии. Первые GPS измерения выполнены в 1995 г., а в 1996 г., с открытием первых пунктов непрерывной регистрации, начато развитие региональной сети непрерывных GPS наблюдений [Левин и др., 2002, 2006; Левин, 2009]. Одна из первых постоянных камчатских GPS-станций была установлена в 1996 г. в районе Ключевской группы вулканов в пос. Ключи (KLUC). Важным этапом в исследованиях деформаций этого вулканического района стала организация в 2006—2007 гг. локальной сети непрерывных GPS наблюдений в окрестностях вулкана Безымянный [Grapenthin et al., 2013].
В последние годы для повышения эффективности оценки вулканической опасности и оператив-
ности прогнозов извержений на Камчатке создается система комплексного мониторинга вулканов (СКМВ) [Чебров и др., 2012]. СКМВ ориентирована на организацию цифровой регистрации параметров физических полей, в которых проявляются различные происходящие на вулканах природные явления, создание системы сбора данных в режиме реального времени, применение методов и алгоритмов автоматической и автоматизированной вероятностной оценки состояния и развития активности вулканов. Базовые элементы СКМВ:
— специализированные пункты наблюдений за вулканической деятельностью (ПНВ), оснащенные техническими и программными средствами каналов связи для передачи данных наблюдений в реальном масштабе времени;
— региональные сейсмическ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.