ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2011, № 1, с. 45-54
УДК 550.344.43
СПЕКТРАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДЛИННОПЕРИОДНЫХ ВУЛКАНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ
© 2011 г. В. К. Лемзиков1, В. В. Ящук2, М. В. Лемзиков1, Д. В. Дрознин2
1 Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН
683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, e-mail: lemzikov@kscnet.ru
2 Камчатский филиал Геофизической службы РАН 683006Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9
Поступила в редакцию 03.03.2008 г.
Исследуется зависимость спектральных особенностей длиннопериодных (ДП) вулканических сигналов вулкана Ключевской от активности вулкана за календарный период 2000—2007 гг. Результаты получены по цифровым записям семи радиотелеметрических сейсмических станций, установленных на склоне и вблизи вулкана Ключевской. Показано, что с середины 2003 до конца 2007 гг. спектральный состав записей ДП вулканических сигналов изменился в сторону более низких частот. Изменение в спектрах связывается с повышенной в конце 2003 г. активностью вулкана, сопровождавшейся большим числом взрывов и излиянием лавового потока из кратера.
ВВЕДЕНИЕ
Сейсмические сигналы, наблюдаемые на вулканах, отличаются большим разнообразием форм. Впервые классификация вулканических землетрясений по типам форм записи на сейсмограммах была выполнена в работе [Горшков, 1954]. В последующем эта классификация была детализирована в работе [Токарев, 1967; Токарев, 1981; Горельчик, 1987; Мтакаш1, 1960]. К первому типу вулканических землетрясений относятся вулкано-тектонические (ВТ), которые по форме записи близки к тектоническим; у них четко выделяется вступление продольных и поперечных фаз сейсмических волн. Они имеют сравнительно короткую кодовую часть записи сейсмического сигнала. В следующих типах вулканических землетрясений постепенно размываются вступления отдельных фаз сейсмических волн, а так называемая кодовая часть становится более длинной. Характерная особенность вулканических землетрясений первого типа заключается также в том, что их очаги, в основном, располагаются глубже под вулканами, чем очаги вулканических землетрясений других типов, которые в основном располагаются в конусе вулкана.
Однако по схеме, предложенной [СИоие^ 1996; СИоие^ 1994] вулканические землетрясения делятся на две группы. В первую группу входят ВТ землетрясения, которые и по предыдущему делению составляют первый тип вулканических землетрясений, вторую — все остальные типы, которые можно назвать как вулканические длиннопериодные (ДП) землетрясения, в том числе включающее и вулканическое дрожание, что можно назвать более обобщенно как ДП сигналы. Первая группа, содержащая ВТ землетрясения, представляет вулканиче-
ские сигналы, связанные с реакцией сдвига (хрупкое разрушение) вулканических пород на усилия, вызванные движениями жидкого и/или газообразного магматического вещества в пределах вулканической постройки или под ней. Это также подтверждается предыдущим делением, и вполне определенно отмечено в работе [Горельчик, 1987]. Вторая группа, включающая ДП вулканические землетрясения и дрожание, объединенная общим названием как "ДП-сейсмичность", представляет вулканические сигналы, связанные с колебательным откликом среды на воздействие объемных источников колебаний, создаваемых хаотическими вариациями давления, вызванные потоками магматических или гидротермальных жидкостей и газов [СИоие^ 1996]. Деление землетрясений, определяющих ДП-сейсмичность, на подтипы предпринималось с целью определения связи отдельных подтипов вулканических землетрясений с характерными особенностями вулканической активности вулкана. В настоящей работе деление всех вулканических землетрясений вулкана Ключевской на две основные группы выполнено согласно схеме, предложенной в работах [СИоие^ 1994, 1996].
Изучаются спектральные особенности записей ДП вулканических сигналов и их связь с изменением вулканической активности вулкана Ключевской. За изучаемый период его вулканическая активность постоянно изменялась и несколько раз определялась как умеренное извержение. Некоторые спектральные характеристики вулканических землетрясений исследовались в работах [Горельчик, 1985, 2001], однако связь этих характеристик с активностью вулкана мало изучена. ВТ землетрясения упоминаются только в связи с делением всех вулка-
160.0 160.2 160.4 160.6 160.8 161.0 б
10
160.0 160.2 160.4 160.6 Долгота, град. в.д.
160.8 161.0
Рис. 1. Карта-схема распределения слабых вулканических землетрясений вулкана Ключевской. а — горизонтальная проекция гипоцентров, б — вертикальная проекция гипоцентров в плоскости запад-восток. Треугольниками показаны радиотелеметрические сейсмические станции КФ ГС РАН: 1 — LGN, 2 - CIR, 3 - KRS, 4 - ZLN, 5 - KLY, 6 - KPT, 7 -KMN. Многоугольником обозначен кратер вулкана Ключевской. На врезке показано географическое положение вулкана Ключевской.
нических землетрясений вулкана Ключевской на две основные группы.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
В работе использованы данные сейсмологических и визуальных наблюдений за календарный период 2000—2007 гг Параметры вулканических землетрясений исследовались в работах Сенюков, 2006, 2007].
Записи ДП вулканических землетрясений выполнены радиотелеметрическими сейсмическими станциями Камчатского филиала Геофизической службы РАН (КФ ГС РАН), установленными на склоне и вблизи вулкана (рис. 1). Каждая станция имеет три компоненты записи скорости колебаний грунта ^НЕ, SНN, SНZ): две горизонтальные (SHE, SHN) и одну вертикальную (SHZ). Четыре станции: LGN, CIR, KRS и ZLN - расположены на склоне вулкана, а KMN, KPT и KLY - более отдаленно (см. рис. 1). ДП вулканические землетрясения исследовались в диапазоне частот 0.5-5.0 Гц. Такие землетрясения иногда имеют низкочастотные колебания на частотах ниже 0.2 Гц. Сейсмические каналы радиотелеметрических сейсмических станций не позволяют эффективно использовать их в частотном диапазоне менее 0.2 Гц в результате сильного ограничения амплитудно-частотной характеристики сейсмических каналов в области нижних частот. Однако в частотном диапазоне 0.210 Гц эти станции соответствуют требованиям поставленной в работе задачи. Записи землетрясений представлены в цифровом виде с частотой дискретизации аналогового сигнала 128 сек-1.
Вулканическая активность вулкана Ключевской оценивалась по визуальным и сейсмологическим данным сотрудниками лаборатории исследований сейсмической и вулканической активности КФ ГС РАН. Ежесуточно определялась высота пепло-газо-вых выбросов из центрального кратера вулкана, их наполнение пеплом, частота повторения и протяженность шлейфового облака. Дополнительно оценивались звуковые, световые эффекты и видимый размер лавового потока. По совместному анализу визуальных и сейсмологических данных вулканическая активность устанавливалась на одном из следующих кодов активности: зеленый, желтый, оранжевый или красный. Эти градации кода активности вулкана обозначают последовательно периоды от полного спокойствия (зеленый) до сильного извержения (красный).
Для классификации уровней активности вулканов используются следующие коды (выписка из рабочей инструкции):
зеленый (з) - вулкан в спокойном состоянии. Сейсмичность - не выше фоновой, вулкан спокоен или находится в состоянии фумарольной деятельности, термальных аномалий нет;
желтый (ж) - слабые локальные землетрясения, повышенный уровень эмиссии вулканических газов. Сейсмичность - выше фоновой, наличие пепла в выбросах, наличие термальных аномалий;
оранжевый (о) - большое количество локальных землетрясений, лавовые потоки, высота пепловых выбросов до 8 км над уровнем моря;
красный (к) - сильные землетрясения регистрируются на удаленных станциях, высота пепловых выбросов больше 8 км над уровнем моря.
а
На рис. 1а показаны эпицентры всех вулканических землетрясений вулкана Ключевской за календарный период 2000—2007 гг. включительно, выбранные по координатам 55.8°—56.3° с.ш. и 160.3°— 161.0° в.д. без ограничений по энергетическому классу, в диапазоне глубин очагов менее 40 км.
В пространственной области под вулканом (см. рис. 1б) выделяются две основные области концентрации очагов вулканических землетрясений — верхняя и нижняя. Верхняя область располагается в конусе вулкана и простирается под основание вулкана до глубин 5 км, нижняя — в диапазоне глубин 25— 33 км [Горельчик, 2001]. В диапазоне глубин 5—25 км вулканические землетрясения происходят редко. В 2000—2007 гг. произошло 37553 вулканических землетрясений, из них на глубинах менее 5 км — 14818, более 25 км — 21564. В диапазоне глубин 5—25 км — 1171, что составляет около 3% общего количества вулканических землетрясений.
Эта особенность распределения вулканических землетрясений под вулканом Ключевской отмечалась по данным за 1977—1996 гг. [Горельчик, 2001]. Следовательно, можно отметить, что здесь отчетливо выделяются верхняя и нижняя области концентрации очагов вулканических землетрясений, что согласуется с представлением о делении вулканических землетрясений на две основные группы [Ar-ciniega-Ceballos, 2003; Chouet, 1985; Chouet, 1986; Chouet, 1988; Chouet, 1992; Chouet, 1992].
Очаги ДП вулканических землетрясений по эмпирическим оценкам располагаются в конусе вулкана и его основании на глубинах до 5 км. Для более полной характеристики вулканических землетрясений можно указать на "гибридные" вулканические землетрясения [Гордеев, 1998], которые можно охарактеризовать как длиннопериодные, с включениями высокочастотных колебаний, или как не вошедшие в имеющиеся классификации [Горшков, 1954; Minakami, 1960; Токарев, 1967, 1981; Горельчик, 1987].
Высокочастотная составляющая колебаний ДП вулканических землетрясений быстро затухает с расстоянием, что отражается на записях ближних (LGN, KRS, CIR, ZLN) и более удаленных (KLY, KMN, KPT) от вулкана станций. Кроме того, локальные особенности пунктов установки станций также влияют на записи землетрясений. Поэтому записи ДП вулканических землетрясений на разных сейсмических станциях немного различаются. Для демонстрации примеров ДП вулканических землетрясений и ДП сигналов при различных уровнях активности ву
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.