УДК 551.596
НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛОЗИВНОЙ АКТИВНОСТИ КАРЫМСКОГО ВУЛКАНА (КАМЧАТКА) ПО АКУСТИЧЕСКИМ И СЕЙСМИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2013 г. П. П. Фирстов1, Д. Фи2, Е. Р. Махмудов1
1Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9,
e-mail: firstov@emsd.ru 2Геофизический институт Аляскинского университета г. Фэрбанкс, Аляска, США Поступила в редакцию 24.04.2012 г.
Для вулкана Карымский характерна эксплозивная деятельность с большими вариациями частоты и энергии эксплозий, что показано на трех временных отрезках активности вулкана 1970—1973, 1976— 1980 и 1996—2000 гг. Рассмотрены различные типы сейсмического и акустического излучений, которые связаны с морфологией кратера и характером деятельности активности вулкана. Миграция воронок от эксплозий по площади кратера и наличие двух центров излияния лавовых потоков во время эффузивно-эксплозивного извержения в 1976 г. объясняется движением магмы по подводящему каналу с расслоением потока на систему вертикальных струй. Форма записи воздушных ударных волн в августе 2011 г. говорит в пользу того, что для этого периода основным механизмом эксплозий является волна дробления, возникающая в газонасыщенной пористой вязкой магме в случае ее декомпрессии. Обращено внимание, что форма отдельных воздушных ударных волн, зарегистрированных в 2011 г., указывает на наличие воздушных взрывов над кратером вулкана. Такие взры-воспособные вулканические газы, как монооксид углерода и водород (СО, Н2), попадая в атмосферу в достаточных количествах, могут быть ответственными за воздушные взрывы.
Б01: 10.7868/80203030613040032
ВВЕДЕНИЕ
Карымский вулкан (ф = 54°04' с.ш., X = = 159°36') — правильный конус с абсолютной отметкой около 1500 м, расположенный в центральной части Восточной вулканической зоны (рис. 1, врезка), является одним из самых активнейших вулканов Камчатки. В течение длительных периодов (годы) для него характерна умеренная эксплозивная деятельность вулкано-стромболианского типа, сменяющаяся в короткие промежутки времени (месяцы) на эффузивно-эксплозивную активность.
Вулканические эксплозии представляют собой дискретные выбросы вулканических газов и частиц раздробленной магмы (см. рис. 1). Ведущая роль во взрывном процессе при эксплозивных вулканических извержениях отводится потенциальной энергии сжатых газов, изначально растворенных в магме на больших глубинах. Частота экспло-зий в различные периоды активности Карымского вулкана варьирует от одной в минуту до одной в несколько суток. В течение длительного периода активности вулкана происходят существенные изменения в характере отдельных эксплозий, форме кратера, а также характере ударно-волновых и акустических эффектов, сопровождающих отдельные
эксплозии (пепловые, пепло-газовые и газо-пеп-ловые). Динамика предшествующего цикла активности вулкана (1970—1983 гг.) была детально изучена, чему способствовало то, что у подножия вулкана работала обсерватория, оснащенная комплексом аппаратуры, обслуживаемой операторами, которые вели непрерывные визуальные наблюдения за активностью вулкана [Токарев, 1989]. Настоящий цикл активности, начавшийся в 1996 г., изучался, в основном, дистанционными методами. Сейсмические эффекты регистрировались радиотелеметрической сейсмической станцией (РТСС) "Карымская" (KRY), расположенной в 1.6 км от кратера вулкана. В течение 1997—1999 гг. в летний период проводились совместные Российско-американские экспедиции под руководством А.Ю. Озерова и Д. Лиса с целью регистрации акустических и сейсмических сигналов, сопровождавших эксплозии вулкана Карымский [Johnson et al., 1998; Johnson, Lees, 2000; Ozerov et al., 2003]. В августе 2011 г. регистрация инфразвуковых сигналов проводилась под руководством Дэвида Фи.
В данной работе обращено внимание на особенности эксплозивной активности вулкана Ка-рымский на основании некоторых обобщений изучения особенностей сейсмических, ударно-
Рис. 1. Формирование эруптивного облака от экспло-зии типа "взрыв" 17 августа 2011 г. в 01 ч 59 мин (фото С.Б. Самойленко). На врезке показано расположение вулкана Карымский на полуострове Камчатка.
волновых и акустических эффектов, сопровождавших отдельные эксплозии Карымского вулкана.
ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ЭКСПЛОЗИВНОЙ АКТИВНОСТИ ВУЛКАНА КАРЫМСКИЙ
В 1970—1986 гг. непрерывная регистрация сейсмических явлений осуществлялась сейсмической станцией КРМ, расположенной у подножия конуса на расстоянии 3.5 км от кратера. С 1986 г. мониторинг сейсмичности вулкана осуществляется с помощью радиотелеметрической сейсмической станции (КЯУ), расположенной в 1.6 км от кратера вулкана, с передачей информации в центр обработки в г. Петропавловск-Камчатский. При существующей системе наблюдений эксплозивные землетрясения (ЭЗ), сопровождавшие выбросы, регистрировались почти без пропусков, и количество ЭЗ и их характер являются достоверным отражением эксплозивной активности вулкана.
Среди большого разнообразия эксплозий на вулкане Карымский по визуальным наблюдениям были выделены две крайние разновидности [Токарев, Фирстов, 1967].
1. Кратковременные эксплозии, нагруженные пеплом, как правило, сильные. По характеру разлета выбрасываемого материала и формированию эруптивного облака, такие эксплозии напоминали заглубленный взрыв взрывчатого вещества, и они условно были названы "взрывом". Им соответствовали ЭЗ длительностью не более минуты.
2. При эксплозиях второй разновидности, названных "продувками", из кратера происходило продолжительное (до десятка минут) истечение га-зо-пепловой или паро-газовой смеси, которое в определенные этапы носило пульсирующий характер. При этом в условиях хорошей погоды на расстоянии 3.5 км от кратера (Карымская обсерватория), как правило, был слышен шум с периодичностью интенсивности от 0.5 до 2.0 с. На микробарограммах с такой же периодичностью регистрировались воздушные волны, а на сейсмограммах, соответственно, наблюдалось вулканическое дрожание (ВД) с осцилляциями той же периодичности.
Часто эксплозии, начавшиеся "взрывом", переходили в "продувку" длительностью до нескольких минут. В этих случаях на микробарограммах выделялась "головная" и "хвостовая" части. На рис. 2 в качестве примера такой эксплозии приведены записи сейсмического и акустического сигналов, сопровождавших эксплозию средней силы 9 августа 1999 г. на станции КЯУ. В акустическом и сейсмическом сигналах хорошо отразилась фаза "взрыва", обусловленная фрагментацией магмы (разрушением) в самой верхней части магматического канала. После чего в течение 30 с акустический канал фиксирует аэродинамический шум, который слабо проявляется в сейсмическом излучении (см. рис. 2, интервал 20—50 с). Такое соотношение интенсивностей излучений может быть объяснено выделением газообразных летучих из близповерхностного объема магмы. Начиная с 65 с (см. рис. 2) возникают периодические колебания средней интенсивности в обоих видах излучения, обусловленные пульсирующим истечением пеп-ло-газовой смеси из кратера вулкана. Вероятно, за счет декомпрессии в автоколебательном режиме начинается фрагментация некоторого объема магмы на больших глубинах магматического канала.
На рис. 3 приведены графики вариаций числа ЭЗ в сутки (^ и процентное отношение числа землетрясений (п), соответствующих "продувкам" к общему количеству ЭЗ за периоды 1970—1973 и 1976—1980 гг., также отмечены периоды излияния вязкой андезитовой лавы на склоны вулкана: 16.07-30.09.1971 г.; 16.04-19.08.1976 г.; 24.0608.07.1978 г.
10 8
а
взрыв" — фрагментация верхней части магматического канала "продувка" — истечение газопепловой смеси, обусловленное отделением летучих в верхней части магматического канала
пульсирующее истечение пепло-газовой смеси с фрагментацией лавы в более глубоких участках магматического канала
10
20
30
40
50
Время, с
60
70
80
90
100
Рис. 2. Пример записи акустического и сейсмического сигналов, сопровождавших эксплозии средней силы в августе 1999 г. (станция КЯУ, 11 ч 39 мин.).
а — запись инфразвуковых эффектов в атмосфере; б — запись скорости смещения грунта.
0
Максимумы "продувок" (п ~ 60%) наблюдаются при небольшом количестве эксплозий N < 25), а при увеличении общего числа эксплозий во время излияния лавовых потоков, процентное отношение "продувок" резко уменьшается при резком увеличении N для эффузивно-эксплозивных извержений 1971, 1979 гг. (см. рис. 3). По соотношению эффузивной и эксплозивной составляющей динамика извержения в 1976 г. резко отличается от динамики двух других эффузивно-эксплозивных извержений. Особенностью извержения 1976 г. было то, что в течение месяца (июнь) эксплозивная деятельность отсутствовала, в то время как расход лавы был максимальный — 6.8 х 103 кг/с [Фирстов и др., 1978а].
Состояние кратера вулкана на качественном уровне характеризует активность Карымского вул-
кана. Так в июне 1972 г. за несколько месяцев перед паузой в деятельности вулкана, кратер имел блюд-цеобразную форму диаметром 220 м (см. рис. 3). На его дне хорошо просматривались следы отдельных редких эксплозий в виде воронок диаметром от 10 до 50 м, что указывало на работу отдельных участков подводящего магматического канала. Во время паузы в 1973—1974 гг. наблюдалось проседание кратера с образованием концентрических окружностей с амплитудой около 0.5 м.
Изменения в морфологии кратера Карымского вулкана детально прослежены в период эффузив-но-эксплозивного извержения 16.04—19.08.1976 г. [Фирстов и др., 1978б]. По данным дешифрирования аэрофотоснимков, кратер в начале апреля после новой активизации вулкана представлял собой овальную чашу размером 200 х 160 м2, заполнен-
250
а 200
и
£
о
150
ГО
а 100
о ч о
и
&
50
Пароксизмальное извержение
Излияние лавового потока
0
01-Янв-70
100
80 ^
к
60 I
о р
40 е
я
л о
20 Ч
01-Янв-71
01-Янв-72
31-Дек-72
0
31-Дек-73
200 г
Более 500
т
а
к £
с в
00 т
о л с и
&
150
100 -
50
0
100 80 60
- 40
20
к
о
£ д
о р
я
л
о До
02-Янв-76
01-Янв-77
01-Янв-78
01-Янв-79
0
01-Янв-80
Рис. 3. Ежесуточное число эксплозивных землетрясений (1) и процентное о
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.