ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2009, № 6, с. 44-53
УДК 550.34+550.348
ВАРИАЦИИ НАКЛОНОВ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА КАМЧАТКЕ В РАЙОНЕ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА
© 2009 г. И. А. Широков1, Н. А. Жаринов2, Б. П. Перцев1, К. М. Анохина1
1Институт физики Земли РАН, Москва, 123995
2
Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, Петропавловск-Камчатский, 683006
Поступила в редакцию 28.08.2008 г.
Рассмотрены результаты наблюдений за наклонами земной поверхности в районе вулкана Ключевской на Камчатке на пунктах "Ключи" и "Апахончич" с применением фотоэлектрических наклономеров. В ноябре 1979 г. в период усиления активности вершинного кратера Ключевского вулкана был зарегистрирован аномальный наклон. В январе-феврале 1980 г. наблюдались еще три случая образования аномальных наклонов перед активизацией вулкана. Эти наклоны имеют общие кинематические признаки, хорошо согласующиеся с этапами активизации. Приводится оценка различных возмущающих влияний на измерения наклонов, связанных с сейсмическими и вулканическими событиями. Впервые на Камчатке определены параметры пяти главных волн упругого прилива. Из-за воздействия косвенного эффекта морских приливов амплитудные факторы у(М2) по компоненте ВЗ для обоих пунктов имеют заниженные значения относительно глобального у(М2) = 0.7. Исследовано влияние морского прилива на упругий земной прилив на Транскамчатском и Кольском профилях. Наблюденные и расчетные факторы у(М2) на обоих профилях, расположенных в разных геодинамических районах, в основном совпадают.
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА НАБЛЮДЕНИЙ
Наблюдения проводились вблизи Ключевского вулкана, одного из крупнейших действующих вулканов мира, на пунктах "Ключи" и "Апахончич", расположенных соответственно в 32 км на северо-северо-восток и в 12 км на восток от вершины Ключевского вулкана. Наклономеры и термограф были установлены в однотипных шурфах глубиной 8 м, пройденных в вулканических пепловых отложениях, располагались в центральной части бетонного постамента на дне шурфов и защищены термобоксом от возмущающего влияния конвективных потоков воздуха. Шурфы имеют прямоугольное сечение 2 х 2 м, крепление стенок деревянное с теплоизолирующими перекрытиями на глубине 4 м.
Пункт "Ключи" находился на правом берегу р. Камчатки, на окраине пос. Ключи, в пределах территории Камчатской вулканологической станции им. Ф.Ю. Левинсона-Лессинга.
Удаление наклономерных пунктов от восточного (Тихоокеанского) и западного (Охотского) побережий Камчатки по широте 56° с.ш. составляло 60 и 210 км соответственно. По своему геологическому строению район относится к Центрально-Камчатской впадине, выполненной плиоценовыми и четвертичными отложениями. Направление складчатых и разрывных структур юго-юго-запад - северо-северо-восток.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИКА НАБЛЮДЕНИЙ
Характеристика аппаратуры. Наблюдения велись наклономерными станциями А.Е. Островского типа НСО [5], включавшими в себя два одноком-понентных фотоэлектрических наклономера с горизонтальными маятниками, дистанционный регистратор, милллитермограф и миллибарограф. Инструментальный дрейф нуль-пункта наклономеров не превышал ± 2 угл. сек/ год. Средняя чувствительность к наклонам составляла около 10-3 угловой секунды (угл.сек), масштабный коэффициент записей был примерно 1 мм/1 ■ 10-3 угл. сек./°С/бар и контролировался автоматически дважды в сутки. Ординаты наклонов, температуры и давления счи-тывались через каждый час с точностью 0.5 мм. Погрешность измерения ординат не превышала 1-2%. Методика проведения наблюдений и обработки материалов соответствовала требованиям международной инструкции по приливным наблюдениям с наклономерами [1].
Наблюдения на ст. "Ключи" велись с августа
1979 г. до июля 1981 г., на пункте "Апахончич", расположенном на одноименной сейсмической станции Института Вулканологии ДВО РАН, были начаты позже, после изготовления шурфа в октябре
1980 г. и продолжались до июля 1981 г. (рис. 1).
Угл. сек 10
5 -
С, В
0
-5
-10
-15
см 30 20
10 0
см 30 20 10 0 -10 °С 10
6 2 0
°С 40 0
-40
мбар 1030
1010
990
970
950
1979 г.
1980 г.
600 720
Номер сут
1981 г.
Дата
V 1 о 2 3 V
Рис. 1. Вариации наклонов земной поверхности (а): 1, 2 - на пунктах "Ключи" 3, 4 - "Апахончич". Количество атмосферных осадков (•). Изменения уровня воды в реке "Камчатка" (в). Вариации внутренней (г) и внешней температуры воздуха (д). Вариации атмосферного давления. (е). Направление наклонов на север (С), на восток (В). Эксплозивная активность вершинного кратера Ключевского вулкана (1); побочные извержения (2); вершинные извержения с излиянием лавы (3); фумарольная деятельность вершинного кратера (4).
Угл. сек/сут 3
Угл. сек
С, В
N
10 8 6 4 2
1
I ||||||| |7
15 20 25 XI 1979 г.
I I I
4 ш 5 шш 6
Рис. 2. Ход наклонов земной поверхности в угловых секундах: 1 - на ст. "Ключи"; компонента СЮ (а); компонента ВЗ (•); сейсмическая активность (в); 2 - Скорости наклонов в угл. сек/сут.; число вулканических землетрясений в сутки (К); 3 - вулканическое дрожание; 4 - появление лавы; моменты землетрясений: с М = 4.8; 5 - М = 6.2; 6 - область максимальных скоростей деформаций-наклонов; 7 - вулканические землетрясения; направление наклона на север (С) и на восток (В).
а
1
Опыт первых регистраций показал, что записи наклонов искажены влиянием суточных и длинно-периодных вариаций температуры воздуха и атмосферного давления. Принятые меры по улучшению теплоизоляции шурфов позволили в пять раз уменьшить температурные колебания на дне шурфа. Воздействие давления на наклоны проявлялось значительно слабее.
Наряду с наклонами были собраны и подвергнуты анализу данные наблюдений за внешней температурой воздуха и атмосферным давлением, осадками, уровнем воды в реке Камчатка, а также материалы о вулканической и сейсмической активности Ключевского вулкана.
СТРУКТУРА АНОМАЛЬНОГО НАКЛОНА ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ПЕРИОД АКТИВИЗАЦИИ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА
Уже в начальный период наблюдений произошло два землетрясения с М = 4.8 и М = 6.2 и эпицен-тральными расстояниями около 240 км; к = 50 км. Спустя 8 дней, т.е. 17 ноября 1979 г. началась очередная активизация Ключевского вулкана с излиянием лавы. Извержение сопровождалось интенсивным изменением наклона земной поверхности, максимальная величина которого через пять дней достигла 4 угл. сек. [10]. (рис. 2). Вектор наклона указывал на быстрое поднятие поверхности к северо-западу от пункта наблюдений. 23 ноября произошла инверсия хода наклонов, в результате которой ранее образовавшийся наклон уменьшился в течение двух су-
ток примерно на 1/3, после чего изменение наклона прекратилось. С началом установления наклона на новом уровне 24 ноября визуальными наблюдениями вулканологов была отмечена активизация Ключевского вулкана, которая проявилась в усилении фумарольной деятельности, появлении выбросов пепла, взрывов, а 26 ноября было зафиксировано появление лавы и ее излияние из основного кратера. Интенсивное развитие деформаций-наклонов сопровождалось активизацией сейсмических процессов. Так, на 3-й день после начала аномального наклона, когда скорость его изменения достигла уровня 0.4 угл. сек/сут, местные сейсмические станции "Ключи" и "Апахончич" стали регистрировать рой вулканических землетрясений с последовательно убывающими глубинами гипоцентров. Эти землетрясения прекратились примерно через 2-е суток, когда скорость изменения наклонов уменьшилась до уровня 0.4 угл. сек/сут. В материалах дальнейших наблюдений на ст. "Ключи" в январе-феврале 1980 г. нашли отражение еще три случая образования аномальных наклонов перед следующими проявлениями активизации вулкана.
Кинематические признаки аномального наклона. Зарегистрированные аномальные наклоны имеют следующие общие кинематические признаки:
• начало возникновения аномального наклона происходило за 10-20 сут до активизации вулкана;
• направление наклона указывало на подъем земной поверхности в районе активизирующегося вулкана;
• изменение направления наклона на противоположное наступало спустя 5-10 сут после возникновения наклона и обозначало переход процесса подъем земной поверхности к ее опусканию;
• стабилизация наклона соответствовала извержению лавы или ее появлению в кратере вулкана;
• амплитуда и длительность наклонов-предвестников зависели от интенсивности процесса активизации.
Следует заметить, что вышеописанное проявление наклона-предвестника происходило на фоне интенсивного развития деформационного процесса, происходящего дважды в год (осенью и весной), когда среднесуточная температура поверхностного слоя грунта переходит через 0°С, вызывая его замерзание или оттаивание.
Основные рекомендации по наблюдениям. Опыт регистраций наклонов в районе Ключевского вулкана свидетельствует о перспективности этого вида наблюдений при поиске прогностических признаков готовящихся извержений и землетрясений на Камчатке. В то же время из этого опыта вытекает необходимость проведения многократной, надежной проверки устойчивости взаимосвязи наблюдаемых аномальных наклонов с вулканическими и сейсмическими событиями. Осуществить такую проверку возможно лишь в ходе длительных,
непрерывных наклономерных наблюдений на группе обоснованно выбранных наклономерных станций с одновременной регистрацией основных метеофакторов, влияние которых на наклоны следует тщательно изучать и учитывать.
Как показали дальнейшие наблюдения, обнаружение аномальных наклонов, вызываемых сейсмическими и вулканическими событиями, осложняется сильным возмущающим влиянием деформаций-наклонов, развивающихся в верхнем слое пепловых грунтов при их промерзании и оттаивании. Эти деформации проникают на значительную глубину. Так, например, на глубине 8-ми метров они достигают 6-7 угл. сек., имеют достаточно сложный спектральный состав и существуют в течение 2-3 мес. Поскольку в течение года происходит осенне-зимнее промерзание грунтов, (начиная с середины ноября), и весенне-летнее их оттаивание, (начиная с середины мая), то общая продолжительность сильно возмущенных интервалов наблюдений достигает 4-5 мес. Это создает значительные трудности при выделен
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.