ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 3, с. 50-59
УДК 550.34+551.21
ИССЛЕДОВАНИЯ АКТИВНОСТИ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ ДИСТАНЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ С 01.01.2001 г. ПО 31.07.2005 г.
© 2009 г. С. Л. Сеншков, С. Я. Дрознина, И. Н. Нуждина, В. Т. Гарбузова, Т. Ю. Кожевникова
Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский,683006
Поступила в редакцию 20.08.2008 г.
Камчатский филиал Геофизической службы (КФ ГС) РАН проводит исследования активности вулканов Камчатки с 2000 г. в режиме, близком к реальному времени, по трем направлениям: 1) сейсмический мониторинг; 2) визуальные и видеонаблюдения; 3) спутниковый контроль термальных аномалий и пепловых выбросов. Комплексное использование данных позволяет получать объективную информацию о состоянии вулканов и предупреждать о возможных извержениях. За исследуемый интервал времени было выделено два периода активизации вулкана Ключевской, закончившихся извержениями: 10.03.2003-27.02.2004 гг. и 12.01.2005-28.04.2005 гг. По результатам исследования первого периода был определен примерный сценарий развития активизации вулкана перед вершинными извержениями. Использование приобретенного опыта в сочетании с анализом литературных данных позволило сделать успешный краткосрочный прогноз извержения в январе 2005 г.
ВВЕДЕНИЕ
Вулкан Ключевской - самый активный и мощный базальтовый вулкан Курило-Камчатской вулканической области. Координаты вершины в программе "Google Планета Земля" - 56°04' с.ш. и 160°38' в.д. Абсолютная высота вулкана - 4750 м. Диаметр вершинного кратера, венчающего конус, составляет около 700 м [21].
В районе вулкана Ключевской установлена наиболее плотная сеть телеметрических сейсмических станций (рис. 1). Ближайшая станция "LGN" расположена в 4 км от кратера на высоте 2.5 км над уровнем моря. Минимальный уровень регистрируемой сейсмичности по одной ближайшей станции соответствует энергетическому классу землетрясений KS = 2.2. KS (и везде далее по тексту) - энергетиче-
„ „Ф68 с
ский класс землетрясений KS12 по амплитуде S-волны, определяемый по номограмме С.А. Федотова [18]. При благоприятных условиях сеть позволяла локализовать землетрясения с минимальным энергетическим классом KS = 4.0. Всего за исследуемый период 01.01.2001-31.07.2005 гг. были определены стандартные параметры (время в очаге, координаты гипоцентра и энергетический класс) для 23000 землетрясений с классом KS = 4.0 и выше. Положение гипоцентров и энергетический класс землетрясений рассчитывались с использованием программы Ю.Ю. Мельникова [9], в которой для землетрясений с KS > 4.5 используется номограмма С.А. Федотова. Для определения классов более слабых землетрясений Ю.Ю. Мельников достроил номограмму в область низких классов по аналогии с построениями С.А. Федотова путем параллельного перемещения рассчитанной калибровочной кривой для KS = 11.
Для сравнения с землетрясениями других регионов России и мира можно пересчитать энергетический класс в локальную магнитуду с помощью формулы
A.A. Гусева1 ML = KS/2-0.75.
По результатам сейсмологических наблюдений можно выделить следующие периоды в деятельности вулкана. Активизация вулкана - период времени, в течение которого сейсмичность превышает "нормальный" или "фоновый" уровень. Если активизация закончилась извержением, то она включает в себя два периода: 1) сейсмическая подготовка; 2) извержение. Период сейсмической подготовки -время от начала активизации до извержения.
Целью данной работы является детальное изучение периодов активности вулкана Ключевской для определения сценария подготовки вулкана перед вершинными извержениями.
Наблюдения. Мониторинг действующих вулканов на Камчатке проводится с целью своевременного предупреждения населения и административных органов об их возможных извержениях, для уменьшения последствий катастрофических событий и обеспечения безопасности авиаполетов в районе полуострова Камчатка. КФ ГС РАН проводит контроль активности вулканов Камчатки в режиме, близком к реальному времени, с 2000 г. (http:// emsd.iks.ru/~ssl/monitoring/main.htm). Для оценки состояния вулканов используются данные следующих наблюдений [10]:
- сейсмический мониторинг по данным радиотелеметрических сейсмических станций;
1 Детальные сейсмологические исследования Камчатки и Командорских островов (01.01.1998 г.-01.12.1998 г.). Отчет КОМСП ГС РАН. Петропавловск-Камчатский, 1999. 259 с.
160.0 Е 160.5 Е 161.0 Е
Рис. 1. Сейсмичность района вулкана Ключевской с 01.01.2001 г. по 31.07.2005 г.
а - карта эпицентров, центральная зона вулкана выделена окружностью с радиусом 7 км, белые треугольники обозначают автоматические телеметрические сейсмические станции; • - проекция гипоцентров на вертикальную плоскость по линии А-В, в вертикальном прямоугольнике показан разрез для центральной зоны вулкана.
- визуальные и видеонаблюдения;
- спутниковый контроль термальных аномалий и пепловых выбросов (прием данных спутников NOAA осуществляет Камчатский центр связи и мониторинга (КЦСМ)).
Наиболее информативными и надежными являются данные наблюдений за сейсмической активностью [15]. Их качество не зависит от погодных условий, а высокая информативность доказана многочисленными исследованиями как на Камчатке, так и в мире.
Первые работы по детальному анализу сейсмичности вулкана Ключевской были выполнены П.И. Токаревым и В.И. Горельчик [3-8, 13-16]. С.А. Федотов с соавторами в [19] приводит данные о деятельности этого вулкана в 1932-1986 гг., а в [20] на основе анализа результатов сейсмологических и геодезических наблюдений предлагает модель строения и деятельности вулкана Ключевской в 1978-1987 гг. Результаты сейсмического мониторинга активности этого вулкана за 1987-1996 гг. обобщены в работе В.И. Горельчик и В.Т. Гарбузо-вой [5]. Геофизическая служба РАН начала публиковать каталоги вулканических землетрясений и возобновила публикацию статей по сейсмическому мониторингу вулканов Камчатки (в том числе вулкана Ключевской), начиная с 1999 г. [11, 12].
По результатам перечисленных выше и настоящих исследований сейсмичности вулкана можно сделать предположение, что побочным и вершинным извержениям вулкана Ключевской всегда предшествует сейсмическая подготовка. Продолжительность подготовки может длиться от нескольких суток до нескольких месяцев. Если для побочных извержений наличие сейсмической подготовки на уровне землетрясений с классом KS > 7.0 можно считать установленным фактом [6, 7, 16], то для вершинных извержений раньше не всегда удавалось зафиксировать сейсмическую подготовку из-за недостаточно хороших условий наблюдений. По нашему мнению, для доказательства этой гипотезы необходимо иметь возможность локализовать более слабые землетрясения с энергетическим классом KS > 4.0, что было раньше технически невыполнимо [5, 20]. Такие возможности появились только к 1999 г. благодаря установке новых сейсмических станций вблизи вулкана и внедрению цифровой регистрации сейсмических сигналов [2]. Также в 1996-1998 гг. были разработаны и внедрены методическое и программное обеспечение обработки цифровых сейсмических данных. Создание корпоративной сети КФ ГС позволило иметь доступ к данным в реальном масштабе времени. Результатом выполненных работ стало создание возможности обработки вулканических землетрясений в режиме, близком к реальному времени. С введением цифровой технологии регистрации и обработки сейсмических сигналов энергетический класс обра-
батываемых землетрясений понизился в среднем на единицу.
В районе вулкана Ключевской установлена наиболее плотная сеть автоматических телеметрических сейсмических станций, что позволяет проводить детальные сейсмические наблюдения. Достаточно точное определение положений гипоцентров дает возможность следить за миграцией очагов землетрясений и, возможно, за перемещением магмы. Примеры зарегистрированных миграций очагов в районе вулкана Ключевской, приводивших к извержениям, были ранее описаны в [5, 20]. В [20] показано, что именно подъем магмы (как главный источник возникновения избыточного давления) вызывает одновременный подъем центра давления (воздымание склонов вулкана) и центра выделения сейсмической энергии (миграция очагов). Слежение за миграцией очагов в районе активного вулкана очень важно, так как только точное определение положений гипоцентров указывает на место будущего возможного извержения [15] (или это будет вершинный кратер, или склон вулкана на месте нового побочного прорыва).
Во избежание недоразумений в тексте используется только Гринвичское время для всех видов наблюдений.
РЕЗУЛЬТАТЫ
На рис. 1 представлено пространственное расположение очагов землетрясений в районе вулкана Ключевской. На разрезе выделяются два облака гипоцентров под постройкой вулкана: одно - на глубине около 30 км, второе - от вершины до глубины 5 км ниже уровня моря (далее в тексте глубина приводится относительно уровня моря). Между ними, непосредственно под центральной частью вулкана, расположена область пониженной сейсмичности на глубинах от 5 до 20 км, но по краям этой области зарегистрированы очаги землетрясений, особенно, к северо-западу и к северо-востоку.
За время исследований на вулкане были зарегистрированы два периода активизации (рис. 2, http:// emsd.iks.ru/~ssl/monitoring/main.htm), закончившихся извержениями:
1) 10 марта 2003-27 февраля 2004 гг., начало извержения 21 марта 2003 г. - первые слабые пепло-вые выбросы высотой 200 м (следующие выбросы пепла высотой 500 м - 15 апреля 2003 г., первая термальная аномалия отмечена 15 мая 2003 г.), место извержения - центральный кратер;
2) 12 января-28 апреля 2005 г., начало извержения 21 января - первые выбросы раскаленных бомб (пепловые выбросы впервые зарегистрированы 31 января, первое визуальное наблюдение лавового потока - 7 февраля, поток распространился на расстояние несколько километров), место извержения - центральный кратер.
Кс
9 8 7 6 5
ЕМ 22955
18364
13773
9182
4591
Н, км
0( 9 18 27 36
Е Е х 109, Дж 6 5 4 3 2 1
2001
50 45 40 35 30
2002
2003 2004 2005
Амплитуда дрожания по станции "СШ" Продолжительность дрожания д
м
* 25
л
13
Р 2
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.