Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка

Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка

Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка

В.И. Горельчик, А.В. Сторчеус

В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое (интервал глубин 20-40 км) под Ключевским вулканом выявлена зона с аномальными физическими свойствами, имеющая эффективную вязкость на несколько порядков меньше, чем в астеносфере. Многолетними (1977-1996 гг.) сейсмологическими наблюдениями установлено, что в этой зоне существуют длительно действующие источники генерации глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений, которые имеют иную генетическую природу, чем вулкано-тектонические и тектонические землетрясения в исследуемом районе. В качестве гипотезы, наиболее удовлетворительно объясняющей наблюдаемые кинематические и динамические характеристики ГДП событий под Ключевским вулканом, предлагается рассматривать возникновение импульсов давления в магме. Причиной появления таких импульсов могут быть быстропротекающие фазовые переходы в ограниченных объемах метастабильной магмы. Таким процессом, по нашему мнению, может быть отделение газа в следствие спонтанной (взрывной) полимеризации низкомерных форм силикатов в расплаве.

Введение

В настоящее время все разнообразие сейсмических сигналов, регистрируемых на вулканах, ряд исследователей [3,31,32 и др.] предлагают разделить на две основные группы в зависимости от физической природы генерирующих источников. 

Первая группа включает сейсмические события, возникающие в твердой среде в результате хрупкого разрушения пород под действием сдвиговых и растягивающих напряжений, создаваемых активными магматическими процессами, и распределенных в достаточно большом объеме, окружающем магматические каналы и очаги. Эти землетрясения называются вулкано-тектоническими (ВТ), поскольку по механизму очага [7,21] и виду записи они практически неотличимы от чисто тектонических землетрясений. ВТ землетрясения характеризуются четкими вступлениями волн P и S и быстро спадающей кодой, преобладающие частоты лежат в широком диапазоне от 1 до 15 Гц [40]. Термин "вулкано-тектонические землетрясения" впервые был предложен Г.С.Горшковым при изучении сейсмичности Северной группы вулканов на Камчатке [4]. ВТ землетрясения возникают в районах активных и потухших вулканов как единичные события, так и роями длительностью от часов и дней до недель или месяцев. Часто эти землетрясения являются первыми признаками возобновившейся вулканической активности (долгосрочные предвестники) [22,29,41,45 и др.]. Известно множество примеров значительного усиления ВТ сейсмичности непосредственно перед началом извержений (краткосрочные предвестники) [2,8,22 и др.]. Вторая группа сейсмических сигналов состоит из источников, в которых активную роль в генерации сейсмических волн играют флюиды. К этой группе землетрясений относятся так называемые длиннопериодные (ДП) события: неглубокие ДП землетрясения, взрывные землетрясения, вулканическое дрожание (в.д.), сейсмические сигналы, сопровождающие дегазационные процессы в магме, и другие эруптивные явления [31]. По сравнению с ВТ, ДП землетрясения характеризуются более низкочастотной квазимонохроматической кодой, четко выраженной пиковой формой спектра, диапазон преобладающих частот лежит в интервале от 0,5 до 5 Гц [45]. Как показало теоретическое моделирование [4,32-36], характеристики природных сигналов, зарегистрированных от ДП событий на вулканах, подобны записям синтетических сигналов, генерируемых трещинами или каналами, заполненными жидкостями и флюидами и возбужденными меняющимся давлением. В этом смысле ДП землетрясения могут быть индикаторами пульсаций или перестройки давления в динамически активных магматических системах и, следовательно, содержать ценную прогностическую информацию как о начале, так и о развитии извержений, в частности, что особенно важно, о приближении катастрофической стадии извержения, как это было в 1991 г. на вулкане Пинатубо [37,45]. Так же как ВТ землетрясения, ДП землетрясения происходят в виде единичных событий, роев и продолжительных серий накладывающихся друг на друга сигналов, которые в ряде случаев удается связать с движением магмы [2,38,39]. 

Важной особенностью ДП сейсмичности является подобие формы записи индивидуальных сигналов, составляющих серии и рои, что свидетельствует о неоднократном возбуждении стационарного источника при недеструктивном процессе [34]. Наблюдается сходство пространственных, временных и спектральных характеристик вулканического дрожания и ДП сигналов, подтверждающее общность физических процессов в источниках этих событий [32,39,43]. ДП землетрясения и ДП в.д. были зарегистрированы на многих вулканах (см., например, обзор литературы в [43]). Большинство этих событий возникают на глубинах менее 3-5 км. Это поверхностные длиннопериодные (ПДП) землетрясения, непосредственно связанные с вулканической активностью. ДП землетрясения на глубинах более 10 км относятся к глубоким длиннопериодным (ГДП) землетрясениям, они наблюдались не так часто [45], и их связь с извержениями менее ясна [30].

Настоящая статья посвящена исследованию глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений под базальтовым Ключевским вулканом - одним из наиболее активных вулканов Северной группы на Камчатке. В статье приводятся результаты изучения сейсмичности слоя, в котором происходят ГДП землетрясения, частично публикуемые в настоящем сборнике в работе [6]. На основании особенностей характеристик ГДП землетрясений делается попытка обсудить возможные причины их возникновения. 

Решение задачи определения природы ГДП землетрясений может способствовать изучению физических свойств среды, в которой они происходят, и поиску дополнительных предвестников извержений, что является актуальной задачей вулканической сейсмологии.