Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка (стр. 2 из 5)

В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое 4 (интервал глубин 20-40 км) под Ключевским вулканом выявлена зона, в которой генерируется множество ГДП землетрясений [6]. Слой 4 характеризуется максимальным количеством происходящих в нем землетрясений и относительно низкой суммарной сейсмической энергией (более чем на порядок ниже, чем в слое 1). Максимальный энергетический класс землетрясений, происходящих в этом слое, не превышает 6,5-6,7. По приближенным оценкам, величина коэффициента

в распределении числа землетрясений по энергии аномально высока: ~ 2,6 [6]. Существенные отличия землетрясений слоя 4 от ВТ землетрясений, происходящих в трех вышележащих горизонтах: низкий максимальный энергетический класс, однотипная форма записи сигналов, более длинные преобладающие периоды сейсмических колебаний [6], позволяют отнести землетрясения, происходящие в низах коры и переходном от коры к мантии слое под Ключевским вулканом, к разряду глубоких длиннопериодных (ГДП) событий.

В работах [6,10] отмечалось, что увеличение числа ГДП землетрясений, как правило, происходит до или сразу после значительных вулканических событий (начало вершинных или побочных извержений, усиление эффузивной и/или эксплозивной деятельности в ходе извержений), опережая на срок от нескольких дней или недель до нескольких месяцев возникновение неглубоких ВТ и ПДП землетрясений. Во многих случаях наблюдалось два типа характерных временных последовательностей сейсмических и вулканических событий:

 группы и рои длиннопериодных землетрясений на глубинах 20-35 (40) км

единичные землетрясения в интервале 5-20 км рои ВТ землетрясений в вулканогенно-осадочном слое и вулканической постройке (-4-5 км) появление и/или усиление в.д. и других ПДП сигналов начало или усиление вулканической активности;

 окончание извержения

ослабление и/или исчезновение в.д. уменьшение числа поверхностных ВТ и ДП землетрясений появление единичных землетрясений на глубинах 5-20 км возобновление сейсмической активности в интервале глубин 20-40 км.

Связь землетрясений Центральной зоны с извержениями свидетельствует о том, что магма играет активную роль в формировании путей, по которым она продвигается к поверхности.

Рис. 2

Пространственное распределение землетрясений в средних и нижних горизонтах земной коры на разных стадиях активности Ключевского вулкана. Нами были исследованы особенности пространственного распределения очагов землетрясений на глубинах 5-20 и 20-40 км в Центральной сейсмоактивной зоне относительно кратера Ключевского вулкана и центров побочных извержений в 1974-1990 гг. в зависимости от усиления или ослабления вулканической деятельности.

Было обнаружено, что во время подготовки или усиления извержений очаги землетрясений в средних горизонтах земной коры Центральной сейсмоактивной зоны под Ключевским вулканом располагаются в непосредственной близости от вершинного кратера, охватывая цепочку "свежих" побочных эруптивных центров или хотя бы часть из них (рис.2, А).

Рис. 3

В периоды образования провалов в вершинном кратере Ключевского вулкана и ослабления или прекращения извержений, одновременно с перемещением сейсмичности в низы коры на глубинах 5-20 км отмечалось удаление очагов землетрясений от вершинного кратера и зоны побочных конусов в периферические участки Центральной зоны, на расстояния до 10-15 км и далее (рис3,А). Особенно ярко этот эффект проявился после пароксизмального вершинного извержения 7.09.-2.10.1994 г., когда в кратере вулкана в результате значительного опустошения магматического канала начал формироваться огромный провал, дважды зафиксированный аэрофотосъемкой (в августе 1995 г. и в сентябре 2000 г.) [12]. В течение 1995-1999 гг. происходило смещение сейсмической активности на глубинах 5-20 км к северу, западу и северо-западу от кратера Ключевского вулкана к вулканам Ушковский и Крестовский. Наиболее сильные землетрясения были зарегистрированы в районе РТС PDK и под вулканом Крестовский.

В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое, как видно из рис.2,Б и рис.3,Б, подобной зависимости в размещении очагов землетрясений от направления миграции сейсмичности не наблюдается. Несмотря на различие размеров эпицентральных зон на всех стадиях вулканической деятельности ГДП землетрясения в интервале глубин 20-40 км располагаются вокруг и внутри заштрихованной на рисунках области вершинного кратера и цепочки эруптивных центров.

Из выше сказанного следует, что:

 ВТ землетрясения на глубинах 5-20 км возникают, по-видимому, в основном при перераспределении напряжений в среде, вмещающей питающую магматическую систему Ключевского вулкана, давление в которой меняется в зависимости от условий накопления или поступления магмы.

 Зона генерации ГДП землетрясений более устойчива в пространстве и не зависит от перераспределения давления в магматической системе.

Рис. 4

Исследование характеристик ГДП землетрясений. По данным аналоговых записей был проведен сравнительный анализ следующих характеристик ГДП землетрясений и землетрясений, происходящих на глубинах -4-20 км: формы записи, распределения числа землетрясений N по энергетическим классам Ks, периода Ts в максимальной амплитуде колебаний поперечных волн, коэффициента корреляции зависимости Ts = Ts(Ks).

На рис.4,А приведены образцы аналоговых записей землетрясений по смещению с энергетическим классом Ks ~ 6, происходящих в выделенных слоях Центральной сейсмоактивной зоны под Ключевским вулканом и вне этой зоны. ГДП землетрясения (рис.4,Б) преимущественно однотипны по форме записи, которая в значительной степени отличается как от записей землетрясений в вышележащих слоях (рис.4,А), так и от записей тектонических землетрясений (рис.4,В) на глубине более 20 км, в которых в ближней зоне регистрации амплитуда коды S-волн спадает по экспоненциальному закону. Средний видимый период колебаний Ts (в S- волнах максимальной амплитуды) для землетрясений слоя 4 - наибольший по сравнению с аналогичными периодами землетрясений, которые происходят в других горизонтах под Ключевским вулканом и в других сейсмоактивных зонах, существующих в районе вулканов Ключевской группы [9]. Для землетрясений слоя 4 с энергетическим классом Кs ~ 6 периоды Ts составляют на эпицентральных расстояниях от 20 км до 45 км ~ 0,6-0,9 с. Для землетрясений слоев 2 и 3 под Ключевским вулканом Тs = 0,3-0,5 с, а в слое 1~ 0,5-0,6 с.

Рис. 5

Нами были построены гистограммы распределения числа землетрясений по энергетическим классам для 1-3 слоев (рис.5,А) и в слое 4 (рис.5,Б). При построении использовались данные за 1978-1995гг по 1351 землетрясению в интервале глубин -4-20 км и данные по 2015 землетрясениям с глубиной 20-40 км. Очевидно, что распределение числа землетрясений по Кsдля глубин 20-40 км близко к нормальному закону и отличается от распределения для верхних горизонтов глубин, сходного с распределением для тектонических землетрясений (см., например, [28]).

В последние годы (1997-2000 гг.) в районе Ключевского вулкана увеличилось число сейсмостанций сети РТС и повысилась точность уверенной регистрации слабых землетрясений. Но вид гистограмм распределения землетрясений на глубинах -4-20 км и 20-40 км, происходивших в эти годы, не отличается от приведенных на рис.5,А,Б.

Не было выявлено статистической зависимости энергетического класса Кs ГДП землетрясений от периода колебаний в поперечных волнах Ts, что не характерно для тектонических [16] и вулкано-тектонических землетрясений, связанных с образованием трещин при движении магмы. Коэффициент корреляции, рассчитанный для ГДП землетрясений, равен -0,57.

Рис. 6

Кроме аналоговых записей нами были использованы цифровые данные сети РТС в 1996 г. Для 25-ти ГДП событий, обработанных по цифровым записям скоростей смещения, были построены энергетические спектры 3-х компонент: С-Ю, В-З и Z волн P и S для сравнения со спектрами Р и S волн тектонических землетрясений такого же энергетического класса (Ks ~ 6) и происходящих на таких же глубине и эпицентральном расстоянии от пункта регистрации, что и ГДП землетрясения, но за пределами Центральной сейсмоактивной зоны на удалении ~35 км от кратера вулкана Ключевской. Характерный вид графиков нормированной спектральной плотности вертикальной компоненты Z для ГДП и тектонических землетрясений, записи которых приведены на рис.4,Г,Д, представлен на рис.6. Из рис.6 следует, что спектры Р и S волн ГДП землетрясений подобны и имеют один резко выраженный пик на более низких частотах, чем у тектонического землетрясения, удаленного от вулкана и имеющего, по-видимому, обычный для тектонических землетрясений сдвиговый механизм. На рис.6 видно также, что для ГДП землетрясений частота колебаний в S-волнах приблизительно равна частоте колебаний P-волн. Аналогичная картина наблюдается и для спектров горизонтальных каналов.