ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2014, № 4, с. 3-19
УДК 550.34.06+550.8.05
ОСОБЕННОСТИ СЕЙСМИЧНОСТИ В ПЕРИОД ПОДГОТОВКИ И В ПРОЦЕССЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) В 2009-2013 гг.
© 2014 г. П. П. Фирстов, А. А. Шакирова
Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: firstov@emsd.ru Поступила в редакцию 29.07.2013 г.
В декабре 2010 г. началось извержение вулкана Кизимен, которому предшествовала сейсмическая подготовка в течение года и восьми месяцев. В статье показаны пространственно-временные особенности сейсмического режима, предварявшего извержение. Приведено краткое описание хода эксплозивно-экструзивно-эффузивного извержения с декабря 2010 г. по март 2013 г. Извержение началось с эксплозивной деятельности с последующим выжиманием вязкого лавового потока. Выжимание вязкой андезитовой магмы и движение лавового потока по склону сопровождались необычной сейсмичностью в виде квазипериодического появления микроземлетрясений — режим "drumbeats". Показано, что впервые режим "drumbeats" был зарегистрирован во время выжимания экструзии на вершине вулкана. В последующем генератором режима "drumbeats" стал фронт вязкого лавового потока при его движении по склону. В зависимости от размеров фронта лавового потока динамические параметры микроземлетрясений изменялись. Во время движения основного "языка" лавового потока (март—сентябрь 2011 г.) возникал режим "drumbeats I" c энергетическим классом микроземлетрясений К = 3—5.5, а после появления второго "языка", меньшего по размерам, во время его движения по склону появился режим "drumbeats II" c микроземлетрясениями с К < 3. В январе 2013 г. появился режим, близкий к режиму "drumbeats", регистрировавшимся в начале извержения, связанный с выжиманием экструзивного обелиска на вершине вулкана.
DOI: 10.7868/S0203030614040026
ВВЕДЕНИЕ
Кизимен (абсолютная высота 2485 м, координаты вершины: 55.13° с.ш., 160.33° в.д.) — действующий вулкан эксплозивно-эффузивно-экс-трузивного типа, корово-мантийного питания, расположенный в восточной части Щапинского грабена Центральной Камчатской депрессии (рис. 1а). Как видно на тектонической схеме хребта Гамчен и долины реки Левой Щапиной, район вулкана имеет сложную тектонику (см. рис. 1б). Серия разломов северо-западного простирания сечет восточный борт горста хребта Тумрок и предположительно продолжается на дне Щапин-ского грабена, покрытого мощным чехлом четвертичных отложений. Сама постройка вулкана приурочена к системе крупноамплитудных сбросов северо-восточного простирания зоны сочленения Щапинского грабена с горстом хребта Тумрок [Камчатка..., 1974].
Состав продуктов извержений — от плагиокла-зовых базальтов до роговообманково-кварцсо-держащих дацитов [Шанцер и др., 1991]. Предше-
ствующее извержение вулкана Кизимен, по-видимому, произошло в 1927—1928 гг. [Пийп, 1946].
По морфологии верхняя часть вулкана имеет сложное строение — комбинацию из нескольких разных по размеру, степени сохранности и возрасту сближенных экструзивных куполов с их мощными агломератовыми мантиями. В актив -ности вулкана выделяется четыре цикла, каждый длительностью 2.5—3.0 тыс. лет, причем длительность последнего IV цикла приблизилась к предельной. На основании этого в 1992 г. был дан обоснованный прогноз о возможности начала нового цикла в результате инъекции очередной порции свежей магмы в область питания вулкана Кизимен [Мелекесцев и др., 1992]. Причем высказывалось предположение, что после длительного периода покоя, исходя из состава лав, новое извержение этого вулкана может происходить по сценарию извержения типа "направленный взрыв" классификации Г.С. Горшкова [Горшков, 1963]. В прошлом столетии произошли три таких извержения: 30 марта 1956 г. — вулкан Безымянный; 12 ноября 1964 г. — вулкан Шивелуч; 18 мая
а
Т^У
/ V V
V V V
>
V V V V ¡т^ЛШ
б
V у' /' V V. V V V
I.' V V *У V V V
Л \/ А ■ • _ * V к*> у V У У У
V V V V V V V V V V V
. V Г X ^ . - " - -
р' V/V Ч,-*-**™ }
Ч/Чт' V -5' 1<>У ,%
V ^ ^ ш * * Щ 4
у
А ' , .
VЛ- „"„У (V V V V V «. -»- у^
V V V V V V Уу уууууууу,
V у V У V V у
/ V У^'-уУ у у У у
у V у / у у у \у /у у у
У у >4.. V У У
V у г. Конради* у
у у У У У
у у у у у,-
У У У У У У """"а" V У У у)" "У у у у'-чц.^у
у У У У У' У У
)у у у у У У у'^х.у У У уууу У У ^ У у
ВР^У у V V V V У У V У "V
У У
.Гамчен
У I У
ац/ V V
6 1* . Г *
- 2
Ж 3
б..--"
1 0 1 2км
1
4
а
5
Рис. 1. Расположение и тектоническая схема района вулкана Кизимен. а — расположение вулкана Кизимен на п-ве Камчатка, б — тектоническая схема районов хребта Гамчен и долины реки левой Щапиной [Камчатка..., 1974].
1 — верхний структурный этаж: а — покровные голоценовые отложения, б — грабен реки Щапиной, в — оси горстооб-разных поднятий, г — ось аккумулятивного поднятия хребта Гамчен, д — ось Тумрокско-Никольской поперечной зоны, е — голоценовые и верхнечетвертичные вулканы, ж — голоценовый лавовый поток; 2 — средний структурный этаж; 3 — нижний структурный этаж; 4 — разрывные нарушения: а — установленные, б — предполагаемые, в — предполагаемые продолжения разломов под четвертичными образованиями, г — разломы в голоценовых отложениях; 5 — геологические границы: а — установленные, б — предполагаемые.
особенности сейсмичности в период подготовки
Таблица 1. Координаты ближайших к вулкану Кизимен РТСС и их высоты над уровнем моря
Станция Код Широта, гр. с.ш. Долгота, гр. в.д. Высота, м Расстояние от кратера до РТСС, км
Кизимен KZV 55°113 160°294 1509 2.5
Тумрок TUM 55°283 160°146 1213 20.0
Тумрокские источники TUMD 55°203 160°399 486 6.0
Временная станция KZVD 55°114 160°369 1222 3.0
1980 г. — вулкан Сент-Хеленс. Новое извержение вулкана Кизимен началось в декабре 2010 г., спустя 82 года после предыдущего извержения, серией эксплозий, причем почти каждая эксплозия сопровождалась схождением пирокластического потока [Малик, Овсянников, 2011].
На момент написания статьи извержение вулкана Кизимен происходит не по типу "направленный взрыв", а совершенно по другому сценарию. На момент сдачи рукописи в редакцию (июль 2013 г.) извержение продолжалось в виде медленного экструзивного процесса (выжимание обелисков) с образованием пирокластических потоков и раскаленных лавин (обвалов).
В работе по данным сейсмологических наблюдений рассматривается динамика извержения и дается попытка объяснить необычный сейсмический режим, сопровождающий это извержение, реологическими свойствами магмы вулкана Ки-зимен.
СЕЙСМИЧНОСТЬ РАЙОНА ВУЛКАНА КИЗИМЕН ПЕРЕД ИЗВЕРЖЕНИЕМ
В настоящее время вблизи вулкана Кизимен работают три радиотелеметрические сейсмические станции (РТСС) Камчатского филиала ГС РАН
(см. рис. 1а, врезка). В 20 км к северо-западу от вулкана Кизимен с 2003 г. работает РТСС TUM. В связи с оживлением сейсмичности района вулкана Кизимен, начавшимся в апреле 2009 г., в сентябре на расстоянии 2.6 км к юго-западу от вершины была установлена РТСС KZV, позволившая регистрировать микроземлетрясения, происходившие в постройке вулкана. Для определения очагов слабых землетрясений в марте 2011 года была установлена цифровая широкополосная станция нового поколения TUMD на расстоянии 6 км (см. рис. 1а) от вершины вулкана [Чебров и др., 2013]. Во время профилактических работ на РТСС KZV 29 апреля 2012 г. в районе лавового потока несколько часов работал широкополосный акселерометр CMG-5TD фирмы GURALP (сейсмическая станция KZVD), который регистрирует ускорение грунта от 0.1 до 2 g с динамическим диапазоном 140 Дб в интервале частот 0—40 Гц (www.guralp.com). Координаты РТСС и временной сейсмической станции, а также расстояние от них до кратера вулкана приведены в табл. 1
В июле 2011 г. на РТСС TUMD была установлена видеокамера, которая производит съемку вулкана с частотой один кадр в минуту, что позволяет идентифицировать сейсмические сигналы с
5
8 Я
се %
Л
О
£ 4.0Е + 06 3.0Е + 06
<ч
5 2.0Е + 06
0.0Е + 00
12
=к
Я
о о
11
ё
Ч %
<о
10
7
=К
М о
о ^
15
о
1-е
л
о
я
1 янв
2 мар 1 май 30 июн 29 авг 2010 г. б
28 окт
27 дек 13
Извержение
1.2Е + 07
Ч
Ц 1.0Е + 07 я
а
п 8.0Е + 06
о Ф
« 6.0Е + 06 е
3
| 4.0Е + 06
4
о
^ 2.0Е + 06
* * * ^ .. * ' »• '1 А» » » А
А А* 2 А * А АА А А * А А Л/А ^ "
1.0Е + 00
й и
12 8
о
я р
11 ё
ч
10 зем
о о
9а
й
8 ий к
о
е
7 Е
ти е
6 рг
е н
5 ®
1 ноя 3 ноя 5 ноя 7 ноя 9 ноя 11 ноя
2 ноя 4 ноя 6 ноя 8 ноя 10 ноя 12 ноя
1964 г.
а
9
8
Рис. 2. Кумулятивный график условных деформаций и энергетический класс землетрясений, предварявших извержения вулканов Кизимен в 2010 г. и Шивелуч в 1964 г.
а — землетрясения с К > 7 за период 1 января—31 декабря, предварявшие извержение вулкана Кизимен, б — землетрясения с К > 5.5, предварявшие извержения вулкана Шивелуч. Тонкими линиями показаны вариации Ктах, а прямоугольниками интервалы усиления сейсмической активности вулкана Кизимен.
проявлениями вулканической активности определенного вида.
В районе вулкана Кизимен с апреля 2009 г. стало возрастать количество вулкано-тектонических (ВТ) землетрясений, а резкое усиление сейсмичности произошло в начале июля 2009 г. Для сейсмичности этого района представительным энергетическим классом землетрясений, оцениваемым по поперечным волнам S (К = ^Е, где Е —
1
энергия в очаге в Дж), является К = 5.8 [Сеню-ков и др., 2011]. За период с 10 июля по 31 декабря 2009 г. было зарегистрировано более 8 тысяч ВТ
1 Везде далее индекс 8 опускается.
землетрясений с К > 2 и максимальным К = 9.9, очаги которых располагались в интервале глубин 5—11 км в районе вулкана и его подножия [Гарбу-зова, Соболевская, 2011]. По-видимому, возникновение ВТ землетрясений было связано с глубинными процессами, обусловленными перемещением и подъемом магмы, которые в дальнейшем привели к извержению вулкана.
Согласно каталогу землетрясений вулкана Ки-зимен [Кожевникова и др., 2012], в 2010 г. уровень сейсмичности района вулкана значительно возрос. На рис. 2 показана картина распределения ВТ землетрясений с К > 7, предварявших извержение во времени, и кумулятивный
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.