ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2008, № 2, с. 125-134
УДК 550.344.43
ОЦЕНКА ХАРАКТЕРИСТИК ЗАТУХАНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН В ПОСТРОЙКЕ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ
© 2008 г. М. В. Лемзиков
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 09.05.2007 г.
Исследовались поглощающие и рассеивающие свойства среды постройки вулкана Ключевской. С этой целью использовались слабые вулкано-тектонические землетрясения вулкана Ключевской, с очагами под вулканом на глубине до 30 км, зарегистрированные радиотелеметрическими сейсмическими станциями, установленными на постройке вулкана и вблизи него. Для обработки цифровых сейсмограмм слабых вулкано-тектонических землетрясений применяется известный в сейсмологии метод "MLTWA" (Multiple Lapse Time Window Analysis). Данный метод использует экспериментальные нормированные интегралы объемной плотности сейсмической энергии по нескольким временным окнам на записях землетрясений, пропущенных через полосовые фильтры. Оценки параметров, характеризующие поглощение и рассеяние сейсмической энергии слабых вулкано-текто-нических землетрясений вулкана Ключевской, определялись путем подбора коэффициентов, обеспечивающих наилучшее совпадение экспериментальных и теоретических интегралов. Для расчета теоретических интегралов объемной плотности сейсмической энергии использовалось аналитическое решение уравнения переноса сейсмической энергии. Получены надежные оценки параметров, характеризующие поглощающие и рассеивающие свойства среды постройки вулкана Ключевской. Оценки добротности, полученные для среды постройки вулкана Ключевской, ниже оценок добротности, рассчитанных другими авторами для литосферы Камчатки.
ВВЕДЕНИЕ
Вулканическая среда вулкана Ключевской представлена сложной структурой. Постройка вулкана сложена изверженными магматическими породами, которые преобразовались на поверхности в пеп-лы, шлаки, лавовые потоки и вулканические бомбы. В поверхностных слоях постройки вулкана пеп-ловые и шлаковые слои сложно перемежаются с лавовыми потоками и вулканическими бомбами. Внутри вулканической постройки имеются очаги внедрения магматического вещества по выводному вулканическому каналу, трещинам и разломам. Возможно существование разного размера полостей, заполненных сильно разогретыми газами и жидкостями. За счет поступления из недр Земли новых порций магмы крупные зоны внутри вулканической постройки находятся в разогретом и даже сильно перегретом состоянии. Для действующего вулкана размеры полостей, каналов и трещин могут существенно изменяться в зависимости от его активности. Такая характеристика среды в полной мере относится к самому высокому и наиболее активному действующему вулкану не только Камчатки, но и Европы и Азии, вулкану Ключевской.
Сложное и неоднородное строение вулкана влияет на распространение сейсмических волн на пути от очага вулканического землетрясения к сейсмической станции, расположенной на постройке или вблизи вулкана. В первую очередь это влияние отражается на уровне затухания энергии сейсмиче-
ских волн. Надежные количественные оценки параметров затухания энергии сейсмических волн являются важными геофизическими характеристиками. Они содержат информацию о структуре и реологических свойствах среды постройки вулкана. Поиск особенностей затухания энергии сейсмических волн вулканических землетрясений, связанных с изменением уровня активности вулканической деятельности, является актуальной геофизической задачей.
Затухание энергии сейсмических волн в Земле -следствие воздействия разных факторов. Главные из них: 1) поглощение за счет отличия свойств земных пород от идеально упругих; 2) рассеяние на неоднородности, природа которых объясняется пространственным изменением физических свойств земных недр. Поглощение приводит к безвозвратным потерям энергии, которая идет на нагревание и/или перестройку структуры среды, а рассеяние - к пространственно-временному перераспределению волновой энергии. В терминах параметров, характеризующих добротность среды, суммарное затухание можно записать так:
ег1 = + е-1, (1)
где е-1 соответствует суммарному (общему) затуханию; б-1 - поглощению рассеяния; б;1 -внутреннему поглощению сейсмических волн в среде.
N
56.Q0-
56.4
56.0°
55.6°
&
о
KLY CIR1<
; гЧ
Ai
GN LN
5 0 -5 -10 -15 -20 -25
L(GL
в*® оо
СЛ
о о
159°
160°
1 ..2
161°
162° E
3 4
Рис. 1. Карта-схема распределения эпицентров слабых вулкано-тектонических землетрясений вулкана Ключевской, обработанных методом MLTWA (а); вертикальная проекция гипоцентров в плоскости запад-восток (•). 1 - землетрясения; 2 - радиотелеметрические сейсмические станции КФ ГС РАН: LGN -"Логинов"; CIR - "Цирк"; KLY - "Ключи"; ZLN - "Зеленая"; 3 - вулкан Ключевской; 4 - вертикальная проекция контура вулкана Ключевской.
В конце прошлого века для определения параметров затухания энергии сейсмических волн в Земле успешно применялась хвостовая часть землетрясений - кода. Метод неоднократно использовался для многих сейсмоактивных и вулканических зон Земли. Были получены надежные оценки параметров, характеризующие поглощающие свойства среды. Они хорошо согласуются с оценками, полученными другими методами, но все полученные резуль-
таты относились к параметру суммарного (общего) затухания. В [10, 11] предложен метод, позволяющий раздельно определять два фактора - внутреннее поглощение и поглощение рассеяния, составляющие вместе суммарное (общее) затухание энергии сейсмических волн. С этой целью для интерпретации экспериментальных данных было привлечено решение нестационарного уравнения переноса энергии. Метод получил название MLTWA (Multiple Lapse Time Window Analysis). Он неоднократно использовался для определения параметров внутреннего поглощения и поглощения рассеяния во многих районах Земли. Использование этого метода постоянно показывает высокую эффективность и хорошее качество подгонки наблюдений [1]. Первоначально решение нестационарного уравнения переноса энергии выполнялось численным методом. В [12] предложено аналитическое решение нестационарного уравнения переноса сейсмической энергии.
Для действующего вулкана Ключевской определение всех основных параметров, характеризующих поглощающие и рассеивающие свойства среды, составляющие вместе суммарное (общее) затухание сейсмической энергии, необходимо для изучения связи этих свойств среды с изменением уровня вулканической деятельности. В [6] выполнена оценка параметров, характеризующих поглощающие свойства среды постройки вулкана Ключевской. Но она сделана для оценки параметра суммарного (общего) затухания сейсмической энергии. В данной работе поставлена задача раздельного определения параметров поглощающих и рассеивающих свойств среды постройки вулкана Ключевской по поперечным сейсмическим волнам слабых вулкано-тектониче-ских землетрясений методом MLTWA.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Исходным материалом для обработки являются слабые вулкано-тектонические землетрясения с очагами под вулканом Ключевской на глубине до 30 км и на гипоцентральном расстоянии до 50 км. Они выбирались из архива хранения сейсмограмм местных Камчатских землетрясений KФ ГС РАН за период с 1999 по 2006 гг. (рис. 1).
Вулкано-тектонические землетрясения, согласно [7], относятся к первому типу вулканических землетрясений и по характеру записи ничем не отличаются от местных тектонических землетрясений (рис. 2). Механизм очага этих землетрясений, по-видимому, не отличается от механизма очага тектонического землетрясения, но, так как они имеют вулканическое происхождение, их называют "вулкано-тектоническими". Термин "вулкано-тектонические землетрясения" впервые был предложен Г. С. Горшковым при изучении сейсмичности Северной группы вулканов Камчатки [4]. В последующих работах, в частности, наиболее ранней [7] и далее [2, 3, 4], посвященных изучению вулканиче-
a
км
Исходная запись
Фильтрованная запись
7.5 c
15 c 22.5 c
tref
45 c
Рис. 2. Пример вулкано-тектонического землетрясения вулкана Ключевской и демонстрация метода обработки MLTWA. Приведены исходная, фильтрованная записи землетрясения станции "СЖ" по каналу 8ЫК и схематически сглаженное значение оценки мощности фильтрованной записи землетрясения. Применен полосовой фильтр с частотами среза /1 = 2, /2 = 4 Гц и /осевая = 3 Гц. Отмечены временные интервалы интегрирования: [Г., Г. + 7.5 с], [Г. + 7.5 с, Г. + 15 с] и [Г. + 15 с, Г. + 22.5 с]; а также момент времени Гге/ и временной интервал интегрирования фильтрованной записи, содержащий момент времени Гге/.
ских землетрясений Камчатки, термин сохранился для этого типа вулканических землетрясений.
В работе использовались радиотелеметрические сейсмические станции Камчатского филиала Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН): Цирк (CIR), Ключи (KLY), Зеленая (ZLN) и Логинов (LGN). Станции расположены на постройке и вблизи вулкана Ключевской (рис. 1). Высота этих станций над уровнем моря 1420, 50, 1065 и 2500 м соответственно. Каждая станция имеет три канала записи скорости колебаний грунта: две горизонтальные (SHE, SHN) и одну вертикальную (SHZ).
Всего, с использованием радиотелеметрических сейсмических станций КФ ГС РАН, выбрано и обработано 86 слабых вулкано-тектонических землетрясений. Выбирались землетрясения в ос-
„Ф68 . ,
новном с энергетическим классом не ниже К812 ^ 6. Эти землетрясения по энергетическому классу
т^Ф68 гоп т^Ф68
Кл,2 [8] разделяются следующим образом: К812 = = 6 - 50 событий; Кф62 =7 - 34 события; Кф62 = 8 -
- 1 событие; Кф62 = 9 - 1 событие.
0
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
Для получения оценок поглощения и рассеяния энергии поперечных сейсмических волн в постройке вулкана Ключевской используется метод MLTWA, предложенный в [10, 11]. Метод определяет способ обработки записей землетрясений. Цифровые сейсмограммы слабых вулкано-текто-нических землетрясений вулкана Ключевской вначале корректировались на амплитудно-частотную характеристику сейсмического канала станции и пропускались через полосовые цифровые фильтры. Использовались шесть октановых фильтров Баттерворта третьего порядка с полосами пропускания: 0.5
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.