научная статья по теме ОСОБЕННОСТИ СЕЙСМИЧНОСТИ В ПЕРИОД ПОДГОТОВКИ И В ПРОЦЕССЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) В 2009–2013 ГГ Геофизика

Текст научной статьи на тему «ОСОБЕННОСТИ СЕЙСМИЧНОСТИ В ПЕРИОД ПОДГОТОВКИ И В ПРОЦЕССЕ ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КИЗИМЕН (КАМЧАТКА) В 2009–2013 ГГ»

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

5 2.0Е + 06

0.0Е + 00

12

Я

о о

11

ё

Ч %

10

7

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

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.

Показать целиком