Сейсмичность Ключевского вулкана как отражение его современной магматической деятельности (стр. 6 из 8)

Землетрясения во втором и третьем слоях Центральной зоны, возникающие в виде редких одиночных событий, в целом подобны. Разделение интервала глубин 5 - 20 км на два слоя основано на различии уровней сейсмичности, которая в слое 2 на порядок ниже, чем в слое 3. В зависимости от скорости и направления миграции сейсмической энергии, о чем говорилось выше, землетрясения в средних горизонтах земной коры под Ключевским вулканом чаще происходят за время от 2 - 3 месяцев до нескольких дней - нескольких недель до начала или после окончания вулканической активности. В ряде случаев наблюдалась непосредственная связь между появлением землетрясений в 3 или 2 слоях и извержениями Ключевского вулкана. Так, сразу после землетрясения 28 февраля 1983 г. с Ks = 8,3 и H = 13 км (слой 3) произошло резкое ослабление вершинного извержения, а еще спустя 32 ч на том же восточном склоне начал развиваться рой неглубоких землетрясений, предварявший побочное извержение Предсказанное [7] Самое сильное землетрясение в рое (Ks = 8,7, Н = 0 км), предварявшем побочное извержение им. Скуридина в июле 1989 г., произошло через 5 ч после землетрясения с глубиной порядка 8 - 10 км (слой 2) непосредственно под вершинным кратером Ключевского вулкана.

Рис. 5

На рис.5 показано изменение среднегодовых значений числа и энергии землетрясений с Ks > 5,5 в слоях Центральной зоны (в 1, объединенных 2, 3 слоях и в 4 слое), определенных по трехлетним интервалам времени за период 1977 - 2000 гг. (для 1997 - 2000 гг. использованы данные каталога ОМСП). Первое, что заметно на приведенных графиках, это то, что увеличение числа и энергии землетрясений в 4 и 3 - 2 слоях в 1983 - 1984 гг. в среднем происходило на 1 - 2 года раньше, чем в вулканогенно-осадочном слое и в вулканической постройке. По-видимому, после провала в вершинном кратере Ключевского вулкана, развившемся в 1980 - 1982 гг. [17], вследствие нового поступления магмы в питающую систему из глубинного источника и роста давления в вышележащих горизонтах происходила "проработка" магмоподводящего канала или каналов Ключевского вулкана. На глубинах от 5 до 20 км наиболее высокий уровень сейсмичности наблюдался в промежутки времени, включавшие вершинные и побочные извержения 1983 - 1990 гг., после чего сейсмическая активность в средних горизонтах коры в Центральной зоне снизилась. В нижних горизонтах земной коры и переходном от коры к мантии слое среднегодовые значения числа и энергии землетрясений возрастали по мере усиления вулканической деятельности, начиная с извержений 1984 - 1988 гг. и заканчивая пароксизмом 1994 г. и последовавшим вслед за ним периодом 1995 - 1997 гг., в течение которого в вершинном кратере Ключевского вулкана был обнаружен провал (первые данные аэросьемки получены в августе 1995 г.). Глубина провала во время облета в сентябре 2000 г. составила ~ 800 м. Согласно данным каталога ОМСП, в 1997 - 2000 гг. происходило постепенное снижение сейсмичности на всех уровнях глубин, при этом, начиная с марта 1999 г. по настоящее время землетрясения с глубиной очага 20 - 40 км под вулканом на уровне приблизительно третьего энергетического класса отсутствуют.

О природе землетрясений в земной коре под Ключевским вулканом. Согласно классификации, предлагаемой в настоящее время рядом исследователей сейсмических сигналов на вулканах мира [5,30, и др.], большинство землетрясений, регистрируемых под Ключевским вулканом в слоях 1, 2 и 3, по природе их возникновения, относятся к вулкано-тектоническим (ВТ) землетрясениям, которые возникают под действием непрерывно меняющегося поля напряжений, создаваемого вокруг магматических каналов, очагов, систем даек и силлов, внедряющихся в вулканическую постройку и/или в результате перераспределения давления в питающей магматической системе. В слое 1 регистрируются также низкочастотное вулканическое дрожание, взрывные и другие низкочастотные сигналы, связанные с процессами дегазации в магме [5] и представляющие т.н. поверхностную длиннопериодную (ПДП) сейсмичность.

В слоях 1 - 3 могут происходить низкочастотные вулканические землетрясения, возникающие при образовании трещин, заполняемых продвигающейся магмой, например, в роях, предваряющих побочные прорывы на склонах Ключевского вулкана [10,23], а также т.н. гибридные землетрясения, являющиеся, суперпозицией вулкано-тектонических и низкочастотных землетрясений [6,30]. Вследствие технических трудностей выделение подобных землетрясений по аналоговым записям не производилось.

Как уже упоминалось, землетрясения на глубинах 20 - 40 км под Ключевским вулканом по целому ряду характеристик отнесены нами к разряду глубоких длиннопериодных (ГДП) землетрясений (подробнее об этом см. статье В.И.Горельчик и А.В.Сторчеуса в настоящем сборнике [13]).. Отдельные ГДП землетрясения регистрируются иногда на глубинах 18 - 20 км и формально попадают в слой 3. Это связано с естественной непрямолинейностью и условностью проведения границ между слоями, а также с ошибками в определении координат очагов.

ГДП землетрясения под Ключевским вулканом, как отмечалось выше, часто образуют группы и рои, состоящие из событий, однотипных по форме записи, которая в значительной степени отличается от записей землетрясений в вышележащих слоях и от записей обычных тектонических землетрясений, возникающих в нижних горизонтах земной коры за пределами Центральной сейсмоактивной зоны. Для ГДП землетрясений под Ключевским вулканом характерны узкий диапазон энергетических классов, в 1978 - 1996 гг. не превышавших величину 6,5 - 6,7, более длинный видимый период колебаний в S-волнах максимальной амплитуды, аномально высокие значения угла наклона графика повторяемости [12]. Имеются данные томографии об уменьшении скоростей сейсмических волн в слое 4 (устное сообщение профессора Йельского университета США Дж. Лиса, 1998 г). По предварительным оценкам, сделанным А.В. Сторчеусом [31], эффективная вязкость среды в слое 4 на несколько порядков ниже, чем в астеносфере. Все это дает основание предполагать, что среда под Ключевским вулканом в диапазоне глубин ~ 20 - 40 км отличается по физическим свойствам от окружающей среды на более высоких горизонтах земной коры и в самом переходном слое вне Центральной зоны.Происходящие в слое 4 ГДП землетрясения имеют иную генетическую природу, чем обычные ВТ землетрясения, вызываемые реализацией напряжений в твердой среде. Это предположение подтверждается также отмеченным выше различием тенденций в поведении сейсмической активности на глубинах 5 - 20 км и 20 - 40 км под Ключевским вулканом во времени (см. рис.5) в связи с его деятельностью в течение цикла 1977 - 2000 гг. (за начало цикла мы условно приняли время после Большого трещинного Толбачинского извержения 1975 - 1976 гг., когда вследствие появления новых пунктов наблюдения увеличилось количество обрабатываемых землетрясений). Землетрясения в слоях 2 и 3, как уже упоминалось выше, отражают перераспределение напряжений в районе вулкана, которые возникают в связи с движением магмы в магматической системе и изменением давления в последней. На более ранних стадиях вулканического цикла (в нашем случае в 1977 - 1987 гг.), когда пути движения магмы и флюидов были менее "проработаны", в средних горизонтах земной коры под Ключевским вулканом возникали относительно более сильные землетрясения. В дальнейшем, по мере накопления магмы в питающей системе вулкана, и, как следствие, усиления эруптивной деятельности, "проницаемость" магматического канала увеличивается, землетрясений в интервале глубин 5 - 20 км становится меньше и их энергия снижается, что и наблюдалось в 1990 --1994 гг.. Сейсмическая активность на глубинах 20 - 40 км достигала наивысшего уровня на наиболее активной стадии эруптивного цикла, в период самых сильных извержений вулкана (1990, 1993, 1994 гг.) и наступившего затем процесса проседания магматической колонны и формирования провала в вершинном кратере.