ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 3, с. 27-37
УДК 550.34:551.21
ПОДГОТОВКА КАРЫМСКОГО СЕЙСМО-ВУЛКАНИЧЕСКОГО КРИЗИСА В ПАРАМЕТРАХ РАЗНОМАСШТАБНОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ
© 2009 г. Ю. Ä. Кугаенко, Н. М. Кравченко, В. Ä. Салтыков
Камчатский филиал Геофизической службы РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 22.04.2008 г.
Приведены результаты выявления обширных аномалий параметров сейсмичности различных энергетических уровней, которые имели место в ходе подготовки Карымского сейсмо-вулканического кризиса 1-2 января 1996 г. В качестве разномасштабной сейсмичности рассматриваются землетрясения регионального камчатского каталога и сейсмические шумы (амплитуда 10-9-10-12 м, частотный диапазон - первые десятки Гц), являющиеся проявлением сейсмического процесса в низшем диапазоне энергий. Ретроспективно применяются методики анализа параметров фоновой сейсмичности, ориентированные на анализ динамики сейсмического процесса: RTL и Z-функция. Для анализа микросейсмичности используется оригинальная авторская методика, основанная на слежении за откликом высокочастотных сейсмических шумов на приливное воздействие.
ВВЕДЕНИЕ
Карымский сейсмо-вулканический кризис (КСВК) - комплекс сейсмических и пароксизмаль-ных вулканических явлений, наблюдавшихся в Ка-рымском вулканическом центре (КВЦ) 1-2 января 1996 г.:
- необычайно сильный для материковой части Камчатки рой поверхностных землетрясений;
- начало вершинного извержения Карымского вулкана, которое непрерывно продолжается до настоящего времени;
- субаквальное извержение из нового эруптивного центра в кальдере Академии Наук, длившееся менее суток.
Подробному описанию этого уникального явления посвящен специальный выпуск журнала "Вулканология и сейсмология" (1997 г. № 5), подготовленный коллективом авторов Института вулканологии ДВО РАН под руководством академика С.А. Федотова. Сейсмические события наиболее детально отражены в [3, 13].
Сильнейшее событие корового роя с магниту-дой М5 = 7.0 [13], Мж = 6.8 [5] получило название Карымского землетрясения (КЗ). Оно является знаковым для камчатской сейсмологии, так как в настоящее время является сильнейшим коровым землетрясением, зафиксированным под материковой частью Камчатки за годы детальных сейсмологических наблюдений, начавшихся в 1962 г. КЗ значительно повысило оценку максимальной возможной магнитуды коровых землетрясений Камчатки. До него наиболее сильным считалось Ща-пинское землетрясение 26.05.1963 г. с магнитудой Мш = 6.0 [3, 4].
Интенсивность сотрясений в КВЦ составляла не менее 9 баллов по шкале МСК-64. Очаг КЗ по сейсмологическим данным имеет линейные размеры 40 х 20 км и аппроксимирован эллипсом, большая ось которого хорошо совпадает с направлением основного магмоподводящего разлома Восточно-Камчатского вулканического пояса, имеющего северо-восточное простирание. Инструментально определенный гипоцентр КЗ имеет глубину 0 км, однако, по мнению авторов [13], более реальной представляется глубина 10-20 км. КСВК предварялся несколькими сериями слабых мелкофокусных землетрясений, которые рассматриваются как предвестниковая активизация извержения Карымского вулкана [3, 7, 13, 29, 31]. Глубина основной массы афтершоков не превышает 20 км. Исследование поверхностных проявлений КЗ позволило обнаружить крупные сейсмодислокации разных типов [14, 15]. Заложение новых трещин произошло вдоль старого активизировавшегося разлома. Раскрытие трещин местами достигает 2-2.5 м, глубина - 7-8 м, амплитуда вертикальных перемещений -0.5-1.5 м. Анализ разрывных нарушений позволил выявить сложный двухэтапный характер деформаций: сжатие и формирование взбросов на первом этапе и формирование сбросов и открытых трещин на втором. По [13] тип подвижки в очаге - взбросо-сдвиг со значительной сдвиговой компонентой, расчет проведен по знакам вступлений Р-волн на сейсмических станциях Камчатки и мировой сети. Механизм очага по тензору момента центроида Гарвардским университетом не определен, так как КЗ плохо выделяется на фоне произошедшего на 2 ч раньше сильного землетрясения в Индонезии.
Природа КЗ остается дискуссионной. Ученые все еще не пришли к единому мнению по поводу последовательности, доминирующего значения и вза-
имодействия магматизма и сейсмичности в ходе активизации КВЦ в начале 1996 г. КЗ рассматривается как тектоническое землетрясение в [2, 3, 13] и связывается с тектонической активизацией меридиональной разломной зоны. Авторы [15, 31] доминирующую роль отводят магматизму и интерпретируют это сейсмическое событие как вулкано-тектони-ческое землетрясение, связанное с внедрением магматических расплавов в верхние горизонты земной коры, повышением давления в промежуточном магматическом очаге и взламыванием его кровли.
Разностороннее рассмотрение процессов, связанных с подготовкой КСВК, может внести дополнительные аргументы в эту дискуссию.
В данной работе приведены результаты выявления обширных аномалий параметров сейсмичности различных энергетических уровней, которые имели место в ходе подготовки КСВК. В качестве разномасштабной сейсмичности рассматриваются землетрясения камчатского регионального каталога и микросейсмичность (сейсмические шумы: амплитуда 10-9-10-12 м, частотный диапазон - первые десятки Гц), являющаяся проявлением сейсмического процесса в низшем диапазоне энергий. Для анализа микросейсмичности перед КЗ применяется оригинальная методика, основанная на слежении за откликом высокочастотных сейсмических шумов (ВСШ) на приливное воздействие [17, 21]. Для ретроспективного выявления аномалий в параметрах фоновой сейсмичности используются методики RTL [28] и Z-функция [46], разработанные для анализа динамики сейсмического процесса.
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Информационной основой при применении алгоритмов анализа фоновой сейсмичности являются землетрясения камчатского регионального каталога, полученного за годы детальных сейсмологических наблюдений, организованных на Камчатке в 1962 г. Это один из наиболее полных региональных массивов сейсмологической информации, имеющихся в мире на сегодняшний день. В целом по камчатскому каталогу уровень представительной регистрации для полуострова Камчатка соответствует классу K = 8.5 по энергетической классификации для Курило-Камчатских землетрясений [32]. Расчеты проводятся для каталога, предварительно очищенного от афтершоковых последовательностей по алгоритму [16]. Характер используемых землетрясений определяется особенностями региональной сейсмичности. Камчатка находится в северо-западной части конвергентного сочленения Евроазиатской и Тихоокеанской плит. Основная масса событий камчатского каталога приурочена к сей-смофокальной зоне, уходящей под полуостров. Западная граница мелкофокусной субдукционной сейсмичности проходит по полуостровам Восточной Камчатки. К западу, непосредственно под сушей,
также регистрируются поверхностные землетрясения, но их значительно, на 2-3 порядка, меньше, чем в фокальной зоне [2]. Часть этих событий связана непосредственно с вулканической деятельностью, другая - с тектоническими структурами. Отмечаются и группы эпицентров без выраженной морфологии. В целом доминирующая роль в камчатском региональном каталоге принадлежит субдукцион-ным землетрясениям.
Исследования вариаций ВСШ базируются на рядах долговременных непрерывных наблюдений в районе низкой антропогенной активности около пос. Начики (центральная часть Южной Камчатки). Используется специализированный комплекс регистрации слабых сейсмических сигналов, основными элементами которого являются высокодобротный пьезодинамический сейсмометр резонансного типа и 24-разрядный цифровой регистратор. В настоящее время имеющиеся на Камчатке ряды непрерывных данных ВСШ по длительности не имеют аналогов в мировой практике сейсмоакустических наблюдений и являются базой как для фундаментального изучения этого процесса, так и для прикладных исследований, связанных с проблемой прогноза землетрясений. Радиус области сбора микросейсмической информации на рабочей частоте датчика (30 Гц) не превышает 8 км, тем не менее регистрируемое поле проявляет чувствительность к процессам подготовки региональных землетрясений, удаленных от станции "Начики" на расстояния до 400 км. Подробнее с этим направлением исследований можно ознакомиться в [21] и публикациях, приведенных в библиографии к указанной работе.
ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕТОДИКИ, ИХ ФИЗИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
RTL. Методика разработана под руководством Г.А. Соболева в ИФЗ РАН [26-28] в целях среднесрочного прогноза сильных землетрясений. В основу прогнозного признака заложена идея о взаимосвязи и взаимовлиянии землетрясений. Предпосылкой к разработке параметра RTL послужили результаты лабораторного моделирования очага разрушения, в соответствии с которыми в очаге будущего землетрясения последовательно сменяются две стадии: затишье и активизация сейсмичности [25]. При этом явление затишья наблюдается почти перед всеми сильными землетрясениями, что, исходя из модели лавинно-неустойчивого трещинообра-зования, свидетельствует о наличии стадии накопления энергии в процессе подготовки землетрясения. Форшоковая активизация в ряде случаев может быть трудноуловимой из-за небольшой энергии форшоков. Авторы методики выдвинули гипотезу о появлении затишья и активизации в непосредственной близости к очагу землетрясения по мере приближения к моменту его возникновения.
В 1999 г. алгоритм RTL был передан для оперативного использования в Камчатский филиал Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН), где была разработана программа для работы с каталогами "RTL-анализатор" [8], адаптированная к авторской методике. Приведенные ниже результаты получены на базе этого программного пакета.
Для выделения области сейсмического затишья по методу RTL исследуемый район покрывается сеткой с заданным шагом по широте и долготе. Для каждого узла сетки с координатами x, y и z в указанный момент времени t вычисляется значение параметра RTL, который представляет собой произведение трех функций R, T и L, характеризующих сейсмический режим: эпицентральной R, временной T и учитывающей разм
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.