Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке

Иванов, Виктор Васильевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке"

Иванов Виктор Васильевич

СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДВЕСТНИКИ ВЕРШИННЫХ ИЗВЕРЖЕНИЙ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА НА КАМЧАТКЕ ( НА ПРИМЕРЕ ВУЛКАНИЧЕСКОГО ДРОЖАНИЯ)

Специальность25.00.10- геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемьк

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогическихнаук

2 ■>•■ С1Э ^т

Иркутск -2011

4856194

Работа выполнена в Институте вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН

Научный руководитель: доктор геолого -минералогических наук,

Мороз Юрий Федорович

Официальные оппоненты: доктор геолого -минералогических наук,

профессор,

Имаев Валерий Сулейманович

кандидат геолого-минералогических наук, Максимов Александр Павлович

Ведущая организация: Геологический институт СО РАН,

г. Улан -Удэ

Защита состоится 18 января 2011 г. в 14-00 час. на заседании диссертационного совета Д 003.022.02 при Институте земной коры СО РАН в конференц-зале по адресу: 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского научного центра СО РАН в здании Института земной коры СО РАН

Автореферат разослан « 16 » декабря 2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

канд. геол. -мин. наук

Ю.В .Меньшагин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Несмотря на значительные предпринимаемые в мире усилия, прогнозирование вершинных извержений базальтовых вулканов представляет собой важную научную проблему, которая составляет часть одной из приоритетных тем наук о Земле. С 1946 г. на базальтовом Ключевском вулкане, крупнейшем в Евразии, накоплен большой массив сейсмологических и гсолого-геофизических данных, анализ которого будет способствовать решению указанной проблемы.

Цель исследования

На основе большого объема сейсмологических и других гсолого-геофизических данных с привлечением современных подходов и анализа данных выявить особенности сейсмологической подготовки вершинных извержений Ключевского вулкана.

Защищаемые положения

1. Признаками близкого вершинного извержения Ключевского вулкана являются усиление фумарольной активности, появление вулканического дрожания и нарастание его амплитуды, увеличение частоты парогазовых взрывов в центральном кратере вулкана и взрывных вулканических землетрясений IV типа. Два извержения из шести изученных предварялись краткосрочными (за 4- 7 суток) предвестниками, остальные четыре извержения - среднесрочными предвестниками (за 2 - 9 месяцев) до их начала.

2. Самая сильная за последние 65 лет пароксизмальная фаза вершинного извержения Ключевского вулкана в 1994 г., предварялась за трое суток быстрым экспоненциальным ростом амплитуды дрожания. При этом амплитуда дрожания почти на порядок была выше, чем при предшествующей стромболианской фазе.

3. Вулканическое дрожание (ВД) и взрывные вулканические землетрясения (сейсмические активизации) на Ключевском вулкане занимают примерно 70% времени 16 -летних наблюдений. Всего отмечена 131 активизация и только шесть вершинных извержений. Длительность активизаций распределена по фрактальному степенному закону в интервале от нескольких суток до 1.5 лет. Вершинные извержения происходят во время активизаций продолжительностью более полугода.

4. Мощность дрожания, предваряющего вершинные магматические извержения на Ключевском вулкане на один - два порядка превышает этот параметр при газовых гидротермальных извержениях других вулканов (при одинаковой парогазовой активности и близкой тепловой мощности их струй) и достигает уровня во время стромболианских извержений.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Впервые для Ключевского вулкана на 16-лстнем временном интервале изучено частотное распределение длительности сейсмических активизаций и их связь с вершинными извержениями.

2. Впервые исследованы сейсмологические предвестники шести вершинных стромболианско-вулканских извержений и пароксизмальной фазы извержения в 1994 г.

3. Впервые показано, что мощность вулканического дрожания перед магматическими вершинными извержениями Ключевского вулкана на один - два порядка превышает величину этого параметра при газовых гидротермальных извержениях других вулканов (при одинаковой парогазовой активности и близких тепловых мощностях их струй). Предполагается, что такое дрожание на Ключевском вулкане связано с процессами, происходящими в магме,

4. Впервые для Ключевского вулкана на 90 -летнем временном интервале, начиная с 1920 г., обобщены сведения обо всех его извержениях, исследованы их статистические характеристики и выявлены основные закономерности повторяемости извержений.

Практическая значимость работы.

Полученные закономерности могут быть использованы для разработки методов прогнозирования извержений базальтовых вулканов и их опасных взрывных фаз.

Исходные материалы и личный вклад автора

В основу диссертации положены данные длительных сейсмологических и вулканологических наблюдений, выполненных в период с 1979 по 2009 гг. на Ключевском вулкане в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН (ИВиС ДВО РАН) и в Камчатском филиале геофизической службы РАН (КФ ГС РАН). В этих работах автор принимал самое непосредственное личное участие.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований автора, защищаемые положения и отдельные части диссертационного исследования докладывались на многочисленных отсчсст-

С\!

венных и международных конференциях: General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics, 2003; International volcano logical congress, 1994; Joint meeting of earth sciences, Japan, 1997,1998, 1999; Recent Volcanism of the Kurile-Kamchatkan and Alaska-Aleutian Island Arc, 1999; Всероссийский симпозиум по вулканологии и палеовулканологии, 2003; конференция к 100-летию первой Камчатской экспедиции Русского географического общества, 2008; ежегодные научные конференции Института вулканологии и сейсмологии, посвященные Дню вулканолога (г. Петропавловск-Камчатский) в 2005-2010 гг. и т.д. Результаты, обсуждаемые в диссертационной работе, легли в основу 53-х научных работ соискателя, 18 из которых опубликованы в журналах, входящих в список изданий, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, четыре статьи в международных и российских сборниках, 11 статей в материалах конференций и 20 тезисов российских и международных конференций.

На основе разработанных подходов в 2003-2009 гг. автором выдавались пробные прогнозы времени начала будущих и развития идущих извержений Ключевского вулкана. Прогнозы подавались в Камчатское отделение Федерального центра прогнозирования землетрясений и в Общий совет по прогнозу сильных землетрясений и извержений вулканов ИВиС ДВО РАН и КФ ГС РАН, отдельные из которых оправдались (приложения к диссертации). Развитие указанных подходов позволило сделать успешный прогноз времени начала экструзивно-эксплозивного извержения вулкана Шивелуч в мае 2001 г. и его сильной взрывной фазы 19 мая [Ivanov, 2003].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из 112 страниц, 33 рисунков, двух таблиц и шести приложений. Она включает список литературы из 181 источника.

Благодарности

Работа выполнена на основе большого объема сейсмологических и вулканологических материалов, полученных коллективом ИВ ДВО РАН (ИВиС ДВО РАН), в котором на протяжении многих лет трудился автор, и КФ ГС РАН. Он выражает искреннюю благодарность руководству институтов академику РАН Е.И. Гордееву и к.т.н. В.Н. Чеброву, советнику РАН академику С.А.Федотову, зав. лабораториями В.В. Ящуку, С.Л. Сенюкову и всем специалистам за поддержку, бескорыстную помощь, советы и консультации. Особую благодарность автор выражает д.г.-м.н. A.B. Ключевскому и к.г.-м.н. А. Ю. Озерову за обсуждение, критические замечания и ценные советы, позволившие улучшить работу. Большую помощь в формировании правильного методического подхода к работе автору оказали к.ф.-м. н. В.А. Широков, к.ф.-м.н. П.П.Фирстов, д.т.н., профессор Ю.А. Горицкий, к.т.н., доцент В.Б. Глаголев (МЭИ), к.т.н. М.А. Магуськин, к.ф.-м.н. О.П. Руленко и В.Т. Гарбузова, которым соискатель выражает искреннюю благодарность. Искреннюю благодарность соискатель выражает своим соавторам B.J1. Леонову, В. Н. Двигало, С.А. Хубуная, H.A. Жаринову, В.А. Гаврилову, С. М. Фазлуллину, Я.Д. Муравьеву, сотрудникам отдела сейсмологии и вулканологии Метеорологического исследовательского института Японии (г. Тсюкуба) М. Чурею, X. Ямасато, Т. Ямамото, профессору университета Тохоку (г. Сендай) X. Танигучи. Особая благодарность начальнику Камчатской вулканостанции Ю.В. Демянчуку за фото и видеоматериалы извержений и за прекрасную организацию экспедиционных работ. Автор благодарен за помощь в различных вопросах Н.И. Реутовой, Ю.В. Карпухиной, В.Ф. Радчук А.И. Антоновой и считает весьма полезными контакты с В.А. Дроз-ниным, А. В. Кирюхиным и С. Б. Самойленко. Светлая память П. И. Токареву, который в 1970- начале 1990-х годов создал в Институте вулканологии ДВО РАН школу прогноза извержений вулканов, к которой соискатель себя причисляет, что во многом определило тематику рассматриваемых исследований. Светлая память В. И. Горельчик, В. В. Степанову, A.B. Сторчеусу, Г. М. Гавриленко, моим коллегам по экспедиционным работам Е.И. Хименко, Г.А. Егорову и А.И. Умнову.

Особую благодарность и искреннюю признательность автор выражает научному руководителю д.г.-м. н. Юрию Федоровичу Морозу за внимание и поддержку на всех этапах выполнения диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

Во введении поставлена проблема и обоснована актуальность исследований, определены цели и основные задачи работы, раскрыта научная новизна и практическая ценность полученных результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Обзор предвестников извержений вулканов

Несмотря на развитие газогидрохимичееких, геодезических, спутниковых [Гирина, Гордеев, 2007; Жаринов и др., 1991; Меняйлов, 1976; Сснюков, 2003; Федотов, Жаринов, Горельчик, 1988; Menyailov ct. al, 1985; Sparks, 2003], сейсмологический метод в настоящее время остается главным всепогодным методом мониторинга действующих вулканов [Токарев, 1985; McNutt, 2000]. В предыдущее годы были достигнуты определенные успехи в прогнозировании вершинных извержений андс-зитовых (дацитовых) вулканов и побочных извержений базальтовых вулканов [Горельчик, 1985; Токарев, 1966, 1976, 1983; Широков, 1985; Ohta, 1997 и др.]. Эти извержения предваряются мощными роями вулканических землетрясений. Важными признаками скорого извержения являются смена типов, изменение глубины, частоты и энергии вулканических землетрясений. Однако реальных прогнозов было сделано немного, поскольку магма при подъеме нередко не достигала поверхности земли, как было во время роя землетрясений на вулкане Асача в 1983 г.[Токарсв,1984].

Что касается прогнозирования вершинных извержений базальтовых и андезито-базальтовых вулканов по сейсмологическим данным, то в настоящее время надежных методов их прогноза не существует. На вулкане на глубинах от -4 до 30 км ежегодно регистрируется несколько сотен вулканических землетрясений всех пяти типов по классификации П.И.Токарсва (типы I-V) [Токарев, 1966; Горельчик, Гарбузова, Чубарова, 1988; Горельчик, Гарбузова, Сторчеус, 2004]. Однако отсутствуют явно выраженные рои, которые бы предваряли вершинные извержения. Это происходит вследствие сравнительно легкого продвижения маловязких базальтовых магм по длительно действующему центральному питающему каналу вулкана. В этом состоит принципиальное отличие от побочных извержений базальтовых вулканов и от вершинных извержений вулканов, извергающих более вязкие магмы (закрытые системы). Перспективным является исследование непрерывных сейсмических сигналов (вулканического дрожания), взрывных вулканических землетрясений IV типа, выноса тепла и состава вулканических газов и др. [Гирина, Гордеев, 2007; Иванов, 2010; Сснюков, 2006; Федотов, Жаринов, Гонтовая, 2009; Melnikov et al., 2005]. Важную проблему представляет исследование перехода стромболианского извержения базальтового вулкана или экструзивного извержения андезитово-го (дацитового) вулкана в пароксизмальнос плинианское извержение [Слсзин, 1998; Sparks, 2003].

Глава 2. Ключевской вулкан и его геодинамическая обстановка

Ключевской вулкан относится к северной оконечности Курило -Камчатской островной дуги, где происходит ее пересечение с Алеутской дугой. Как и другие вулканы Северной Камчатки, Ключевской вулкан располагается в Центральной Камчатской депрессии, грабене шириной около 100 км, ось которого параллельна оси глубоководного Курило-Камчатского желоба. Вулкан проектируется на сейсмофокальную зону Камчатки на глубинах около 160 км. Это островодужный вулкан, один из крупнейших базальтовых магматических центров планеты, высочайший вулкан Европы и Азии, где происходят частые вершинные (терминальные), субтерминальныс и побочные извержения, широко представлен стромболианский и стромболианско-вулканский типы извержений, нередко с излияниями лавовых потоков [Хренов и др.,1991]. Это пример типичного, необычайно активного базальтового вулкана, который выносит столько же вулканических продуктов, сколько остальные 69 действующих вулканов Камчатки и Курильских островов [Поляк, Мелскесцев, 1981].

Изучению Ключевского вулкана, его магматической деятельности, цикличности и прогнозу извержений посвящено значительное число работ, которые перечислены в диссертации. Упомянем лишь несколько фамилий: Б.И. Пийп, Г.С. Горшков, П.И. Токарев, И.Т. Кирсанов, Г.П. Пономарев, Г.С. Штсйнберг, С.А. Федотов, А.П. Хренов, Б.В. Иванов, В.И. Горельчик, В.А. Широков, В.Т. Гарбузова, H.A. Жаринов, А.Ю. Озеров, Е.И. Гордеев, В.Н. Чсбров, Я.Д. Муравьев, A.B. Сторчеус, С.А. Хубуная, Л.И. Гонтовая, В.М. Зобин, А.Б. Белоусов, В.А. Дрознин, А.И. Малышев, СЛ. Сенюков, Ю.В. Демянчук и многие другие. Извержения вулкана происходят не регулярно во времени, а сериями, разделенными сравнительно длительными паузами [Пийп, 1956, 1958; Кирсанов и др. 1973]. Показано, что побочные извержения всегда начинаются с вершинного; с началом роя землетрясений, предваряющих побочное извержение, активность вершинного кратера резко снижается. Это свидетельствует о наличии гидравлической связи и об оттоке магмы в район будущего побочного извержения [Широков, 1985]. Наличие развитой сейсмологической сети наблюдений и большого массива, накопленных с 1946 г. данных, позволяет рассматривать этот вулкан как одну из интереснейших

природных лабораторий для изучения механизма магматической и вулканической деятельности и для разработки методов прогноза опасных вулканических проявлений.

Глава 3. Система сейсмологических наблюдений на Камчатке, исходные данные, методика обработки и терминология

Сейсмологические наблюдения на Ключевском вулкане ведутся, начиная с 1946 г. За прошедшие 64 года сейсмические сети были значительно расширены, с 1996 г. Камчатским филиалом ГС РАН ведется цифровой архив сейсмологических данных, развиты современные методы обработки данных. В организацию и развитие сейсмологических наблюдений на Северной Камчатке значительный вклад внесли Г.С. Горшков, П.И.Токарев, С.А. Федотов, В.И. Горельчик, В.В. Степанов, Е.И. Гордеев, В.А. Гаврилов, В.Н. Чебров, В.В. Ящук, Ю.В. Шевченко, Д.В. Дрознин и многие другие.

В диссертации исследуются параметры вулканического дрожания (ВД) и взрывных вулканических землетрясений IV типа по классификации П.И. Токарева, которые полагаются индикаторами положения магмы в центральном питающем канале Ключевского вулкана и происходящих в ней процессов. В этой главе даются также определения используемых терминов. Методика обработки данных заключалась в анализе временных рядов ВД и событий IV типа, в выявлении серий извержений на основе анализа временных интервалов между извержениями.

Глава 4. Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана в 1994 -2009 гг. и их возможная природа

В этой основной главе изложены результаты изучения сейсмологических предвестников вершинных извержений Ключевского вулкана за последние 16 лет на примере вулканического дрожания и взрывных вулканических землетрясений. Приводится одна из возможных качественных моделей образования предвестников. Кратко изложим полученные там результаты.

Ключевской вулкан - почти открытая система

Конусовидная форма постройки вулкана, наличие постоянного вершинного кратера с подвижной зоной внутри него диаметром около 200 м [Двигало, 1991], указывают на существование длительно действующего центрального питающего канала. В этом отличие от однократных даек побочных и субтерминальных извержений, магма в которых после окончания извержения отвердевает. Отсутствие явно выраженных роев вулканических землетрясений перед вершинными извержениями, наличие постоянной разгрузки вулканических газов в вершинном кратере и вулканического дрожания свидетельствует о том, что центральный канал проницаем для маловязкой базальтовой магмы и газов. По отношению к вершинным извержениям Ключевской вулкан может рассматриваться как почти открытая система и при подъеме магмы в канале выше уровня начала газоотделения происходит существенная ее дегазация.

Признаки близкого вершинного извержения вулкана

На 16-летнем временном интервале произошло 6 вершинных извержений Ключевского вулкана: 1Х-Х.1994, IV.2003—1.2004,ЫУ.2005, Ш-УП.2007, Х.2008-1.2009, IX.2009-XII.2010. Последнее извержение продолжается и в настоящее время (на декабрь 2010 г.). Подготовка двух извержений в 1994 г. и в 2005 г. была крайне кратковременной (4-7 суток). Напротив, остальные четыре извержения за несколько месяцев до начала предварялись дрожанием и взрывными вулканических землетрясениями IV типа. То есть, по продолжительности подготовки эти извержения различаются на полтора порядка и, следовательно, образуют две непересекающиеся группы.

На рис. 1 показано распределение параметра А/Тср вулканического дрожания и частоты вулканических землетрясений IV типа в связи с двумя стромболианско-вулканскими извержениями, относящимися к разным группам: 1Х-Х.1994 и Х.2008-1.2009. Извержение в 1994 г. длилось около месяца и завершилось сильнейшей пароксизмальной субплинианской фазой 1 октября (рис. 1а). Извержение в октябре 2008-январе 2009 гг. было более длительным - около 4 мес. (рис. 16).

Предвестники извержения в сентябре-начале октября 1994 г. были следующими (рис. 2): появление ВД фонового уровня примерно за два месяца до начала извержения (фаза I), увеличение па раметра А/Тср по линейному закону примерно за неделю до начала извержения (фаза II). При этом в вершинном кратере отмечалась обычная для этого вулкана фумарольная деятельность. За 12 часов

А/Тср. Начало

сентябрь - октябрь 1994

Рис. 1. Изменение интенсивности вулканического дрожания и частоты появления и взрывных вулканических землетрясений IV типа в связи с двумя вершинными эксплозивно-эффузивными извержениями Ключевского вулкана в сентябре - начале октября 1994 г. (а) и октябре 2008- январе 2009 г.(б).

Графики: 1- средние значения отношения амплитуд к периодам вулканического дрожания (А/Тср), (2) - ежесуточные количества землетрясении IV типа (NIV). График на рис. (а) построен по данным с/ст. «Зеленая» (Л =12 км), которые приведены к с/ст. «Цирк» (Д = 8 км). Графики на рис. (б) - по данным с/ст. «Цирк». Прямоугольниками изображены начальные участки кривых, которые детализированы на рис. 2 и 3.

до извержения начался быстрый рост параметра А/Тср по экспоненциальному закону и впервые было замечено усиление парогазовой активности вершинного кратера (фаза III), после чего очень резко началось стромболнанское вершинное извержение (фаза IV). Следует отметить, что во время подготовки отмечались фоновые количества вулканических землетрясений IV типа (1-6 соб. в сутки). Таким образом, перед извержениями в 1994 и 2005 гг. не происходило заметной дегазации магматической колонны. Почти полным отсутствием предвестников характеризовалось также вершинное извержение базальтового Авачинского вулкана в 1991 г.[Дрознин, Муравьев, 1994].

Рис. 2. График изменения параметра А/Тср вулканического дрожания перед вершинным извержением Ключевского вулкана, начавшимся 8 сентября 1994 г. Время местное. Длительность сейсмической подготовки - около одной недели.

Фазы: I - фонового уровня дрожания, II - роста АУТср по линейному закону, III -роста А/Тср по экспоненциальному закону и усиления парогазовой активности вершинного кратера, IV-извержения.

Пунктирными линиями изображены линии, аппроксимирующие данные наблюдений.

сентябрь 1994

Предвестники вершинного стромболианско-вулканского извержения в октябре 2008- январе 2009 г. существенно отличались от предыдущего случая. Они заключались в появлении за четыре месяца до начала извержения многочисленных (до 450 соб. в сутки) взрывных вулканических землетрясений IV типа и плавном экспоненциальном нарастании параметра А/Тср дрожания (рис. 3). Согласно личным наблюдениям автора, в начале подготовки в июне 2008 г., над вершинным кратером отмечалась мощная фумарольная активность и парогазовые взрывы на высоту около 600 м, по времени совпадающие с событиями IV типа. Это указывает на наличие мощной дегазации магмы в поднимающейся перед извержением магматической колонне вулкана. С началом стромболианской фазы извержения рост параметра А/Тср дрожания плавно продолжился по тому же экспоненциальному закону, а частота событий IV типа уменьшилась (рис. 3).

А/Тср.

Ii 2

Начало извержения

17.8 22.8 27.8 1.9 6.9 11.9

Различие в заблаговременное™ появления этих предвестников для извержений в 1994-2009 гг. составило 10-15 раз слишком велико и не может быть объяснено случайным разбросом.

А/Тср. Ыгу

2008

Рис. 3. График изменения ежесуточных величин параметра (А/Тср) вулканического дрожания и частоты (Ы[у) взрывных вулканических землетрясений IV типа перед вершинным извержением Ключевского вулкана, начавшимся 10 октября 2008 г. Длительность сейсмической подготовки - 4.2 мес.

Вывод: признаками близкого вершинного извержения Ключевского вулкана являются усиление фумарольной активности, появление вулканического дрожания и нарастание его амплитуды, увеличение частоты парогазовых взрывов в центральном кратере вулкана и взрывных вулканических землетрясений IV типа. Два извержения из шести изученных предварялись краткосрочными (за 4- 7 суток) предвестниками, остальные четыре извержения - среднесрочными предвестниками (за 2 - 9 месяцев) до их начала. (Первоезащищаемое положение.)

Пароксизмальная субплинианская фаза 1 октября 1994 г. вершинного извержения Ключевского вулкана в 1994 г. предварялась следующими явлениями (рис. 1а): медленным увеличением амплитуды ВД и интенсивности стромболианской активности вершинного кратера в течение сентября 1994 г., быстрым экспоненциальным ростом амплитуды за трое суток до пароксизма. Во время пароксизма амплитуда дрожания почти на порядок превышала амплитуду во время предшествующей стромболианской активности. После окончания пароксизма извержение и вулканическое дрожание прекратились. (Второе защищаемое положение).

Сейсмические активизации и извержения

Появление вулканического дрожания (ВД) связывается с наличием в магме свободной газовой фазы [Гордеев, 1996 и др.], которая появляется при превышении верхним фронтом магмы уровня начала газоотделения. Поэтому интенсивность ВД может быть индикатором положения магмы в центральном питающем канале вулкана и процессов газовыделения в ней.

На рис. 4 показано распределение в 1994 -1995 гг. среднесуточных значений отношения амплитуд к периодам (А/ТСр.) дрожания, а также его суточной продолжительности (ОТ). При превышении БТ порогового значения, принятого здесь равным 2 часам в сутки, полагается, что имеет место сейсмическая активизация (по отношению к вулканическому дрожанию). Из рисунка следует, что сейсмические активизации образуют на временной оси непересекающиеся интервалы продолжительностью от первых суток до нескольких месяцев. Самая продолжительная сейсмическая активизация с июля до начала декабря 1994 г. длительностью более 5 мсс. включала в себя вершинное извержение в сентябре- начале октября. С этим извержением была связана группа из трех смежных сейсмических активизаций с общей длительностью около 12 мес. В течение 1994-1995 гг. отмечалось также много более кратковременных сейсмических активизаций (рис. 4).

На всем 16-летнем интервале с 1994 по 2009 гг. на Ключевском вулкане произошло шесть вершинных извержений и ни одного побочного. Отмечена 131 сейсмическая активизация, суммарная продолжительность которых составила более 11 лет (70%). Длительности активизаций были от нескольких суток до 1.5 лет, вершинные извержения были связаны с активизациями длительностью более полугода. Это указывает, что верхний фронт магматической колонны Ключевского вулкана значительную часть времени находится выше уровня начала отделения растворенных в магме газов и происходит массовая дегазация магматической колонны вулкана через проницаемый центральный питающий канал. Это подтверждается наличием почти постоянной парогазовой разгрузки в центральном кратере вулкана [Иванов, 20106].

Извержение

1994

1995

Рис. 4. Распределение в 1994-1995 гг. среднесуточных значений отношения амплитуд к периодам (А/Тср, пунктирная кривая 1) и суточной продолжительности вулканического дрожания (ОТ, сплошная кривая 2) на Ключевском вулкане.

АУТср и ИТ имеют одинаковый масштаб по оси ОУ. Горизонтальная пунктирная линия обозначает пороговое значение для параметра ОТ, равное 2 часам в сутки, а скобка вверху - вершинное извержение в сентябре-начале октября 1994г.

N = 131

Распределение продолжительности всех сейсмических активизаций в двойном логарифмическом масштабе изображено на рис. 5. Из рис. 5 следует, что с чем короче активизации, тем чаще они

встречаются и распределение их длительностей подчиняется распространенному фрактальному степенному закону, подобному графику повторяемости для энергии землетрясений. Сейсмические активизации длительностью более полугода включали в себя шесть вершинных извержений, однако были длительные ак-

2 1.6 2 12

0.4

0 0.03

0.1

0.3 1 3 Та, мес.

10 30

Рис. 5. График распределения продолжительности (Т.) всех сейсмических активизаций на Ключевском вулкане в 1994-2009 гг.

Общее число активизаций в выбранном временном интервале N =131, из них шесть наиболее длительных, которые включали извержения.

тивизации без извержений. (Третье защищаемое положение).

Схематически образование сейсмических активизаций и извержений на Ключевском вулкане в предположении открытой системы показано на рис. 6. Полагается, что уровень магмы в централь-

Рис. 6. Схема образования сейсмических активизаций и вершинных извержений на Ключевском вулкане:

а - изменение во времени глубины Ъ верхнего фронта магмы в центральном питающем канале вулкана. Глубина отсчитывается от дна вершинного кратера. Горизонтальная пунктирная линия изображает уровень начала газоотделения в магме. Светлой заливкой показаны сейсмические активизации, а темной - извержения. Отрицательные значения уровня магмы изображают уровни, которых магма могла бы достичь, если бы канал продолжался выше дна кратера.

б - качественная картина распределения во времени амплитуды вулканического дрожания, порожденного процессами в той части магматической колонны, которая превысила уровень начала газоотделения.

.пЦ«,. -Ли

13 4 5 6 7

Время (}СЛ. СД.)

ном питающем канале вулкана постоянно меняется во времени в результате действия внутренних и внешних факторов. К ним можно отнести: изменение газосодержания поступающей магмы, выделение и гравитационная дифференциация в ней свободной газовой фазы, изменение тектонической

обстановки и т.д. При превышении магмой уровня начала газоотделения, появляются ВД и взрывные вулканические землетрясения (сейсмическая активизация). При дальнейшем подъеме магмы в канале она может достичь дна кратера и начаться вершинное извержение (рис. 6а). Предполагается, что интенсивность источников ВД зависит от отношения объемов свободной газовой фазы и расплава в магме. Поэтому наиболее интенсивное дрожание появляется с приближением верхнего фронта магматической колонны к поверхности земли (дну вершинного кратера). Этим объясняется более резкий характер графика ВД по сравнению с графиком уровня магмы (рис. 66). Эта схема качественно верно объясняет уменьшение частоты встречаемости активизаций с увеличением их длительности.

Возможная природа дрожания, предваряющего вершинные извержения Ключевского вулкана На рис. 7 показаны частотные распределения величины отношения сейсмической мощности дрожания ХУцд к тепловой мощности эруптивных струй (2 для разных типов вулканической активности (\¥вд/(2) [Иванов, 1988]. Наименьшие величины \\',л/(2 наблюдались при газовых гидротермальных извержениях Горелого вулкана (в среднем 0.007 %), а наибольшие - во время магматических стромболианско - вулканских извержений Ключевского вулкана (0.4%). Различие на два порядка, по нашему мнению, связано с разными механизмами возбуждения вулканического дрожания. Для газовых извержений - это вероятно турбулентность относительно легких газовых струй, для магматических извержений - процессы в более плотной двухфазной смеси (базальтовый расплав-газ).

Оценки показывают, что близ поверхности земли в питающем канале вспененная базальтовая магма (расплав-газ) имеет примерно на два порядка большую плотность, чем плотность вулканических газов (в основном водяного пара) при атмосферных давлениях. Поэтому передача акустических колебаний из магмы в более плотную вмещающую среду намного более эффективна, чем из газа. Этим и объясняется значительное различие параметров \\,вд/(5 дрожания для газовых извержений и для парогазовой активности, предваряющей магматические вершинные извержения базальтовых

вулканов.

Для дрожания, предваряющего магматические вершинные извержения Ключевского вулкана, доля \¥вд/<3 в среднем равна 0.06% (рис. 66), т.е. занимает промежуточное положение между указанными крайними значениями. Однако основная часть распределения тяготеет к распределению для стромболианских извержений (рис. 7в). Напомним, что при подготовке магматических вершинных извержений Ключевского вулкана отмечается парогазовая деятельность, аналогичная той, которая бывает во время газовых гидротермальных извержений других вулканов. Таким образом, вулканическое дрожание во время подготовки вершинных магматических извержений Ключевского вулкана связано как с турбулентностью газовых струй, но в основном с процессами в базальтовой магме выше уровня начала газоотделения.

Важно, что во время подготовки вершинного стромболианского извержения интенсивность дрожания постепенно достигает интенсивности во время самого извержения (рис. 5). Очень мощное дрожание на Ключевском вулкане отмечалось и в отсутствие какого либо извержения, при парогазовой активности вершинного кратера, например в июле-октябре 2005 г. Его интенсивность была сравнима с интенсивностью ВД во время стромболианских извержений.

Таким образом, мощность дрожания, предваряющего вершинные магматические извержения на Ключевском вулкане на один - два порядка превышает этот параметр при газовых гидротермальных извержениях других вулканов (при одинаковой парогазовой активности и близкой тепловой

я,

0.041 000) 0.01 0.01 0.1 0.1

ЛадЮ (14)

Рис. 7. Частотные распределения величины отношения сейсмической мощности дрожания \Увд к тепловой мощности эруптивных струй С) для разных типов вулканической активности. Величины \Увд/(} выражены в процентах.

а - газовые гидротермальные извержения Горелого вулкана в 1981 и 1985 гг.; б - парогазовая деятельность, предваряющая извержения Ключевского вулкана; в -стромболианско-вулканские извержения Ключевского вулкана в 1984-1986 г.

мощности их струй) и достигает уровня во время стромболианских извержений. ( Четвертое защищаемое положение.') Поскольку во время подготовки вершинных извержений происходит интенсивная дегазация магматической колонны вулкана, можно полагать, что одним из возможных механизмов образования мощного предваряющего ВД является стромболианская деятельность внутри его питающего канала.

Одна из возможных моделей образования сейсмологических предвестников вершинных извержений Ключевского вулкана

Как было показано, на Ключевском вулкане отмечается два различных вида предвестников вершинных стромболианских извержений.

Первый вид предвестников характеризуется появлением предвсстниковых эффектов всего за несколько суток до начала извержения и отсутствием заметной парогазовой разгрузки в вершинном кратере вулкана. Таким образом, перед вершинными извержениями первой группы магматическая колонна вулкана практически не дегазируется. К поверхности земли подходит сильно газонасыщенная магма, что объясняет резкое начало этих извержений (рис. 2). Напротив, предвестники второго вида появляются за несколько месяцев до начала извержения, характеризуются интенсивной взрывной активностью в вершинном кратере вулкана; при этом амплитуда ВД нарастает плавно по экспоненциальному закону. Таким образом, перед вершинными извержениями второй группы отмечается мощная дегазация магматической колонны. К поверхности земли она подходит с меньшим содержанием газов, что объясняет плавное начало этих извержений (рис. 3). Различие в заблаговрсменности появления этих предвестников слишком велико (10-15 раз) и не может быть объяснено различием скоростей подъема магм или различием уровней начала газоотделения. Представляется маловероятным, чтобы скорости подъема однотипных магм перед вершинными извержениями или массовая доля растворенных в них газов отличались более чем на порядок для извержений примерно одного масштаба и характера.

Попытаемся объяснить наблюдаемое большое различие в заблаговрсменности появления предвестников различием режимов газовыделения в магме при се подъеме к поверхности земли.

Как выше было показано, одним из механизмов возбуждения мощного предваряющего ВД на Ключевском вулкане может быть стромболианская деятельность внутри центрального питающего канала вулкана с разгрузкой образующихся газов в проницаемую брекчию канала.

Условия образования стромболианской деятельности. Стромболианские взрывы связаны с разрушением больших газовых полостей (газовых снарядов), образующихся в магме [Tanguy, Patané, 1981]. Для образования стромболианского взрыва необходимо следующее: а) существование плот-нейшей упаковки газовых пузырьков в магме; б) наличие условий для объединение пузырьков в снаряды; в) наличие условий для разгрузки образующихся при взрыве продуктов в атмосферу [Кутате-ладзе, Накорхков, 1984; Озеров, 2010]. В процессе подъема магмы перед вершинными извержениями Ключевского вулкана все три условия имеют место: а) оценки показывают, что при массовой доле (0.2 -2) % растворенной в базальтовой магме воды [Озеров и др. 1996; Фирстов, Кравченко, 1995], плотнейшая упаковка газовых пузырьков реализуется на глубинах как минимум 50- 500 м от дна кратера; б) базальтовая магма вулкана относительно маловязкая, что благоприятствует объединению смежных пузырьков в результате растяжения их перегородок силами поверхностного натяжения; в) центральный питающий канал вулкана проницаем для газов. Высокая мощность образующегося при стромболианских взрывах дрожания объясняется значительным подъемом давления в очаге взрыва в результате объединения газовых пузырей, расположенных на разных глубинах в вертикальной магматической колонне [Сторчеус, Плотников, 2006].

Можно предположить, что причина существенного различия двух типов предвестников на Ключевском вулкане заключается в том, успевает ли свободная газовая фаза при подъеме магмы в канале дифференцироваться (всплыть) и образовать плотнейшую упаковку или не успевает.

Одна из возможных схем газовыделения в базальтовой магме. Рассмотрим одну из возможных схем процессов газовыделения в магматической колонне, верхний фронт которой поднимается от уровня начала газоотделения до поверхности земли (рис. 8). Полагается, что питающий канал заполнен неконсолидированной брекчией [Шеймович, Патока, 1989], в которой поднимается магма в канале-дайке меньшего размера. Давление в матрице брекчии мы полагаем равным литостатическому (Р), поровое давление флюидов в ее межпоровом пространстве (Рпор) в первом приближении его можно положить равным гидростатическому, т.е. оно существенно меньше литостатического. Давление в магме полагаем равным давлению в матрице брекчии, т.е. литостатическому.

За счет разности давлений в магме и поровом пространстве брекчии канала, газовые пузыри (или газовые снаряды) у верхнего фронта вспененной магмы могут разрушаться, порождая акустические импульсы давления в магме и вулканическое дрожание во вмещающей среде. Образующиеся газы фильтруются через проницаемую брекчию в атмосферу, формируя в ней прогретые каналы (жерла), по которым магма продвигается выше к поверхности земли [Двигало, 1991].

Рис. 8. Схематическое изображение процессов газовыделения при подъеме базальтовой магмы по центральному питающему каналу Ключевского вулкана перед его вершинным извержением для случаев: относительно быстрого (а, б) и сравнительно медленного подъема магмы в канале (в).

Обозначения: 1- центральный канал вулкана, заполненный рыхлой проницаемой брекчией, 2 -жерло в канале, по которой поднимается магма, 3- отделяющиеся от магмы флюиды, 4 - стромболианские взрывы внутри канала, 5-парогазовые облака над вершиной вулкана.

Скорости: Ум» - скорость входа магмы в канал, Уж- движения жидкой фазы магмы (расплава), Уготн- скорость движения газовых пузырьков относительно расплава. Глубины: Нкр - начала газоотделения в магме, Ъ - верхнего фронта магмы в дайке, Ьлу - образования плотнейшей упаковки газовых пузырей во вспененной магме. Рпор - норовое давление флюидов в брекчии питающего канала, Р - давление в магме на глубине Ь. Глубина отсчитывается от дна вершинного кратера.

Рассмотрим два случая. При «быстром» (Ум0 > Уготн) подъеме магмы свободная газовая фаза не успевает дифференцировать, т.е. заметно всплыть в магме. Поэтому в течение почти всего времени подъема магмы перед извержением в ней не возникает плотнейшей упаковки газовых пузырьков. Разрушение отдельных изолированных пузырьков в брекчию питающего канала образует очень слабые импульсы давления и дрожание фонового уровня (рис. 8а; рис. 2, фаза I). Оценки показывают, что плотнейшая упаковка пузырьков, а следовательно стромболианские взрывы и мощное предваряющее дрожание в этом случае возникают только при приближении магмы к дну вершинного кратера (Ьпу ~ Нкр/10) (рис. 86; рис. 2, фазы II и III).

Напротив, при «медленном» (Ум0 < Уг0Т11) подъеме магмы свободная газовая фаза успевает полностью всплывать в расплаве. У верхнего фронта магмы в магматической колонне на сравнительно большой глубине Ь образуется протяженная «газовая шапка» с плотнейшей упаковкой пузырьков (рис. 8в). В пределах этой области может возникать объединение пузырей, формирование газовых

снарядов и нарастание давления в системе. Затем разрушение снарядов (внутренние стромболиан-ские взрывы) с разгрузкой газов в брекчию питающего канала и затем в атмосферу. Этот процесс генерирует мощное предваряющее вулканическое дрожание и взрывные вулканические землетрясения (рис. 3). В результате магма достигает поверхности земли существенно дегазированной и извержение начинается плавно.

В рамках нашей схемы, раннее появление и длительное проявление предвестников ряда вершинных извержений Ключевского вулкана может быть объяснено двумя факторами: а) меньшей скоростью подъема магмы в канале и, следовательно, большим временем, необходимым для достижения магмой поверхности земли; б) значительно большей глубиной начала формирования плотней-шей упаковки газовых пузырьков в магме и развития внутренних стромболианских взрывов.

Предложенная схема качественно верно описывает наблюдаемые различия двух классов предвестников вершинных извержений Ключевского вулкана, хотя не является единственно возможной.

Глава 5. Ритмика извержений на Ключевском вулкане в ХХ-начале XXI столетий и вопросы прогноза его активности

1- й цикл 24 гада

■

01.01.1920 01.01.1825 02.01.1930

* I'1 ''

03.01.1935

I, ,1

04.01.1940 04.01.1945 05.01.19!

2-й цикл 17 пет 3-й цикл 11 пет 4-й цикл 8 лет 5-й цикл

Для более обоснованных прогнозных оценок необходимо исследовать факторы, влияющие на магматическую питающую систему вулкана. Одним из направлений является исследование ритмики в извержениях. В работах [Иванов, 2005, 20106; Иванов, Пономарев, 2005] впервые был составлен

каталог всех извержений Ключев-2-й цикл ского вулкана на 90 - летнем вре-

менном интервале с 1920 по 2009 гг. и исследована цикличность в его извержениях, приведены оценки параметров извержений и даны пробные среднесрочные прогнозы активности вулкана. Результаты сводятся к следующим:

1. На указанном временном интервале произошло 44 извержения, т.е. в среднем одно извержение в два года. Извержения занимали примерно одну третью часть всего времени наблюдения, что указывает на беспрецедентно высокий уровень активности этого вулкана - гиганта. Длительности извержений были от 0.4 до 31 мес., в среднем 7 мес.; паузы между извержениями в сериях - от 1 до 27 мес., в среднем 13 мес. Длительности периодов вулканических циклов - от 4 до 40 мес., в среднем 1В мес.

2. На временном интервале с 1915 г. по сентябрь 2010 г. выделяется 6 полных циклов активности и один неполный (текущий). Периоды циклов активности составили от 4 до 24 лет, в среднем 13 лет. Серии извержений каждого цикла включали от 1 до 14 событий и длились от 2 до 19 лет, в среднем 9 лет.

01.01.1950 01.01.1955 02.01.1960 01.01.19&5 02.01.1970 02.01.1975 03.01.19«

5 - й цикл 16 лет

6 - й цикл 4 года

7 - й цикл 16 пет.. (лродопж.)

01.01.1980 01.01.1995 02.01.1990 03,01.1995 04.01.2000 04.01.2005 05.01,2010

Рис. 9. Распределение извержений Ключевского вулкана с января 1920 по сентябрь 2010 гг. (44 извержения). Ширина столбика изображает продолжительность извержения. Показано 7 циклов активности, процедура выделения в тексте.

3. В текущей серии произошло 5 вершинных извержений, шестое извержение продолжается уже в течение 13 мес. Продолжительность серии составила 7.5 лет (на декабрь 2010 г.).

Заключение

1. Выявлено, что признаками близкого вершинного извержения Ключевского вулкана являются усиление фумарольной активности, появление вулканического дрожания и нарастание его амплитуды, увеличение частоты парогазовых взрывов в центральном кратере вулкана и взрывных вулканических землетрясений IV типа. Два извержения из шести изученных предварялись краткосрочными (за 4- 7 суток) предвестниками, остальные четыре извержения - среднесрочными предвестниками (за 2 - 9 месяцев) до их начала.

2. Впервые показано, что самая сильная за последние 65 лет пароксизмальная фаза вершинного извержения Ключевского вулкана в 1994 г., предварялась за трое суток быстрым экспоненциальным ростом амплитуды дрожания.

3. Установлено, что вулканическое дрожание и взрывные вулканические землетрясения (сейсмические активизации) на Ключевском вулкане занимают примерно 70% времени 16 -летних наблюдений. Всего отмечена 131 активизация и только шесть вершинных извержений. Длительность активизаций распределена по фрактальному степенному закону в интервале от нескольких суток до 1.5 лет. Вершинные извержения происходят во время активизаций продолжительностью более полугода.

4. Впервые показано, что мощность дрожания, предваряющего вершинные магматические извержения на Ключевском вулкане на один - два порядка превышает этот параметр при газовых гидротермальных извержениях других вулканов (при одинаковой парогазовой активности и близкой тепловой мощности их струй) и достигает уровня во время стромболианских извержений. Предполагается, что такое дрожание на Ключевском вулкане связано с процессами, происходящими в магме.

5. Проведенный анализ извержений Ключевского вулкана подтверждает существование длиннопериодных циклов, включающих в себя серии близких по времени извержений.

6. Полученные в работе результаты представляют большой научный интерес в области вулканологии и динамической геологии. Они полезны для понимания механизма магматической и вулканической деятельности и могут быть использованы для разработки методов прогноза вершинных извержений вулканов.

7. Для объяснения выявленных особенностей предвестников вершинных извержений Ключевского вулкана необходимо более глубокое изучение природы газовыделения в базальтовой магме и возникновения вулканического дрожания.

Список основных публикаций по теме диссертации

1. Иванов В.В. О сопоставлении тепловой мощности эруптивных струй и вулканического дрожания для извержений разных типов // Вулканология и сейсмология. 1988. № 5. С. 53-63.

2. Иванов В.В. Об облаках парогазовых извержений и фумарол // Вулканология и сейсмология. 1988. №4. С. 37-50.

3. Озеров А.Ю., Карпов Г.А., Дрознин В.А., Двигало В.Н., Демянчук Ю.В., Иванов В.В. и др. Динамика извержения Ключевского вулкана 7 сентября-2 октября 1994г. (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. № 5.1996. С. 3-16.

4. Федотов С.А., Хубуная С.А., Жаринов H.A., Богоявленская Г.Е., Муравьев Я.Д., Иванов В.В. и др. Извержение вулкана Шивслуч и Ключевской в 1993 г. и их влияние на окружающую среду // Геология и геофизика. 1995. Т.36. № 8. С. 117-131.

5. Иванов В.В. Прогнозы крупных извержений вулканов на Камчатке и их оправдываемость // Вестник ДВО РАН. 2003. № 5. С. 97-108.

6. Иванов В.В., Пономарев Г.П. Ритмика извержений Ключевского вулкана и вопросы прогноза его активности // Вестник КРАУНЦ. № 2(6). 2005. С. 48-61.

7. Иванов В.В. Оценка эффективности и планирование сейсмологической сети для изучения вулканического дрожания // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2008. № 2. С. 138-150.

8. Федотов С.А., Иванов В.В. Прогноз вулканических извержений. // Природные опасности России; отв. ред. Соболев Г.А. М.: КРУК. 2000. Т.2. С. 209-213.

9. Ivaitov Victor , Taniguchi Hiromitsu, Dvigalo Victor, Goto Akio. Explosive volcanism of Kamchatka // Proceedings of the Center for Northeast Asian Studies Tohoku University, Vol. 4, March, 2000. PP. 173 -206.

10. Иванов В.В. Новый эруптивный цикл Ключевского вулкана и прогноз его развития (за период 2003 -2005 гг. и далее) // Материалы ежегодной конференции, посвященной дню вулканолога (30 марта -1 апреля 2005 г.). Петропавловск -Камчатский: 2005. С. 87 -95.

11. Иванов В.В . Текущий цикл активности Ключевского вулкана 1995 -2008 гг.: развитие по сейсмологическим, фото видео и визуальным данным // Материалы ежегодной конференции, п освященной Дню вулканолога 27 - 29 марта 2008 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН. 2008. С. 100-109.

12. Иванов В.В . Вулканическая и магматическая активность гигантского вулкана Ключевской в январе 1994 г. - марте 2009 г. и прогноз его активности // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога. 30-31 марта 2009 г. Петропавловск -Камчатский: ИВиС ДВО РАН. 2010. С 39 - 49.

13. Иванов В.В. Извержение вулкана Корякский (Камчатка) в конце 2008 - начале 2009 г.: оценки выноса тепла и водного флюида, концептуальная модель подъема магмы и прогноз развития и звержения // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулкано -лога. 30-31 марта 2009 г. П етропавловск - Камчатский: ИВиС ДВО РАН. 2009. С 24 -38.

14. Федотов С.А., Двигало В.Н., Жаринов H.A., Иванов В.В. и др. Извержение вулкана Шивелуч в мае -июле 2001 г . // Вулканология и сейсмол огия. 2001. № 6. С. 3 -15.

15. Гаврилов В А., Гордеев Е.И., Иванов ВЛ. и др. Вулканическое дрожание и землетрясения вулкана Горелый в период извержения 1980-1981г. //Вулканология и сейсмология. 1984. №

16. Фирстов П.П., Иванов В.В., Карпухина Ю.В. Временные и энергетические закономерности извержений вулканов Курило -Камчатского региона в 1956 -1974 гг. // Бюллетень вулканологических станций. 1979. № 57. С. 3 -11.

17. Гаврилов В.А., Иванов В.В . и др. Активизация вулкана Горелый в августе-сентябре 1984 г. // Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 90-92.

18. Широков В.А., Иванов В.В. , Степанов В.В. О глубинном строении вулкана Карымский и особенностях его сейсмичности по данным локальной сети // Вулканология и сейсмология. 1988. №3. С. 71-80.

19. Леонов ВЛ., Иванов В.В . Землетрясения Карымского вулканического центра и их связь с тектоникой //Вулканология и сейсмология. 1994. № 2. С. 24-40.

20. Хубуная С.А., Жаринов Н.А., Муравьев Я.Д., Иванов В.В . и др. Извержение вулкана Шивелуч в 1993 г.//Вулканология и сей смология. 1995. № 1. С. 3 -19.

21. Муравьев Я.Д., Федотов С. А., Будников В.А., Озеров А.Ю., Магуськин М.А., Двигало В.Н., Андреев В.И., Иванов В.В ., Карташова Л.А., Марков И.А. Вулканическая деятельность в Кары мском центре в 1996г.: вершинное извержение Карымского вулкана и фреатомагматическое извержение в кальдере Академии наук // Вулканология и сейсмология. № 5. 1997. С. 38 -70.

22. Иванов В.В. Прогноз большого экструзивного извержения вулкана Шивелуч (Камчатка) и его мощной взрывной фазы в апреле-мае 2001 г.// Материалы II Всероссийского симпозиума по вулканологии и палеовулканологии 9-12 сентября 2003 г. Екатеринбург: 2003. С.

23. Bogojavlenskaya G.E., Khubunaya S.A., Muravjev JaD., Dvigalo V.N., Ivanov V.V. and Novgorodtseva T. Yu. The eruption of Kluchevskoy volcano//International Volcanological Congress. LAVCEI. Ancara. 1994.

24. Ivanov Victor V. Precursors and Prediction of a Large Extrusive Eruption of Shiveluch Volcano (Kamchatka) and its Powerful Explosive Phase in April - May 2001 // Abstracts of XXIII General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics. 2003, June 30-July 11. Sapporo, Japan: IAVCEI. Week A. 551, VI1/03P/D -039, 1400 -315.

Подписано в печать 14 декабря 2010 г. Формат 60x90/16. Усл. печ. л. 0,7. Тираж 172экз. Отпечатано в ООО « ФОН» 683006, г. Петропавловск- Камчатский, Бульвар Пийпа, 9

6. С. 3-17.

925-931.

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Виктор Васильевич

Введение.

Глава 1. Обзор предвестников извержений вулканов.

1.1. Введение.

1.2. Долгосрочные и среднесрочные предвестники.

1.3. Типы вулканических землетрясений.

1.4. Краткосрочные сейсмологические предвестники и прогнозы.

1.5. Выводы.

Глава 2. Вулкан Ключевской и его геодинамическая обстановка.

2.1. Геодинамическая обстановка вулканизма на Камчатке.

2.2. Вулкан Ключевской и состояние его изученности.

Глава 3. Система сейсмологических наблюдений на Камчатке, методика обработки данных и терминология.

3.1. Сейсмические сети на Камчатке.

3.2. Исследуемые параметры и источники данных.

3.3. Основные термины.

3.4. Методика1 обработки данных наблюдений.50.

Глава 4. Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана в1994-2009 гг. и их возможная природа.

4.1. Особенности сейсмологических предвестников вершинных извержений вулкана Ключевской в 1994-2009г.564.2. Сейсмические активизации и извержения.

4.3. Возможная природа дрожания, предваряющего вершинные извержения Ключевского вулкана.

4.4. Одна из возможных схем образования сейсмологических предвестников вершинных извержений Ключевского вулкана.

4.5. Выводы.

Глава 5. Ритмика извержений на вулкане Ключевской в XX — начале XXI столетиях и вопросы прогноза его активности.

5.1. Сведения об извержениях Ключевского вулкана и анализ их цикличности.

5.2. Сводка параметров извержений Ключевского вулкана и их серий.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке"

Несомненно, вулканы сыграли большую роль в формировании твёрдой оболочки*Земли, вод мирового океана и атмосферы. Не исключено, что>и зарождением жизни на Земле мы обязаны вулканам. С вулканизмом связано образование почти всего богатства недр нашей планеты: золота, серебра, железа, ртути и многих других металлов [Влодавец, 1973; Токарев, Фирстов, 1979; Encyclopedia of volcanoes, 1999]. То есть вулканизм - это естественный созидательный природный процесс.

С другой стороны, извержения вулканов с давних пор рассматриваются как стихийные бедствия, которые в отдельных случаях сопровождаются человеческими жертвами и уничтожением материальных ценностей. При крупных и катастрофических извержениях на значительные расстояния - первые десятки километров от вулкана - изливаются раскаленные и очень опасные лавовые, пирокластические и грязевые потоки, отмечаются сильные пеплопады. В атмосферу выбрасывается значительное количество вулканического пепла и вулканических газов, которые могут менять климат и представляют значительную опасность для авиации.

В мире в историческое время произошло достаточно много катастрофических извержений [Влодавец, 1973; Encyclopedia of volcanoes, 1999; Горшков, Богоявленская, 1965; Newhall, Hendlеу, Stauffe, 1998; Newhall, Hendley, Stauffe, 1998; The 1980 eruption of mount St. Helens, 1981]. Можно отметить извержения следующих вулканов: Везувия в Италии в 79 г. и в 1631 г., Табора в Индонезии, самое страшное во втором тысячелетии по силе взрыва с объемом изверженных продуктов от 30 до 300 км3, Мон-Пеле в 1902 г. на о. Мартиника, Сент-Хеленс в 1980 г., Пинатубо на Филиппинах в июне 1991 (рис. 1). На Камчатке в XX столетии произошло три сильных и катастрофических извержения: вулкана Безымянный в 1956 г. (рис. 2), Шивелуча в 1964 г. и новых Толбачинских вулканов в 1975-1976 гг. [Горшков, Богоявленская, 1965; Токарев, 1967; Большое трещинное., 1984].

Рис.1. Облако катастрофического извержения вулкана Пинатубо, Филиппины 12 июня 1991 г. Обрушение тысяч крыш под действием тяжести пепла и сильных дождей (справа, вверху), гигантские грязевые потоки, образовавшиеся в результате размывания пепловых отложений дождями тайфуна (справа, внизу). (Из Ыем>ка11, Непс11еу, 8Ши//е, 1998).

Рис. 2. Гигантское газопепловое облако извержения вулкана Безымянный вечером 30 марта 1956 г. Текущая высота облака 20- 25 км, максимальная высота - 34-38 км. Внизу слева в шапке облаков - вулканы Ключевской группы. Фото И.В. Ерова.

За период с 1500-1970 гг. на земном шаре при извержениях погибло примерно 240000 человек, что составляет в среднем около 450 человек в год [Влодавец, 1973]. Цифры эти надо назвать более чем скромными, так как все сведения о погибших не могли быть учтены. Вулканические извержения приносят большой ущерб хозяйству.

Предотвратить извержения человечество пока ещё не в силах, но заблаговременно предсказать время, силу и характер извержения, определить возможный ущерб - такая задача посильна, несмотря на её большую сложность [Токарев, 1985; Токарев, Фирстов, 1979; Eruption Response and Mitigation, 1999].

Активные магматические системы взаимодействуют с их окружением, вызывая деформации земной поверхности, разрушение материалов и их эффекты, такие как вулканические землетрясения, возмущение систем подземных вод и дегазация. Эти процессы и взаимодействия приводят к различным эффектам, которые предваряют и сопровождают извержения. Они называются предвестниками извержений вулканов [Токарев, 1985; Minakami, 1960; Sparks, 2003].

Существуют различные типы извержений: эксплозивные и эффузивные, стромболианские и вулканские, связанные с ростом лавовых куполов (экструзивные) и газовые (фреатические) и т.д. [Макдональд, 1975]. Кроме того, извержения бывают вершинные, которые многократно происходят через длительно действующий питающий канал и побочные (моногенные), когда магма каждый раз должна прокладывать себе новый путь.

Характер извержения и, соответственно предвестников, определяется целым рядом параметров, к числу которых относятся: химический состав магмы, ее температура, газонасыщенность, доля кристаллической фазы, скорость движения и т.д. [Алидибиров, 1987; Слезин, 1998; Sparks, 2003]. Однако главным определяющим фактором является эффективная вязкость магм [Minakami, 1974]. С увеличением кислотности магм (содержания 8Юг) от базальтов до андезитов и далее до дацитов, их вязкость значительно возрастает (до 10 порядков) [Лебедев, Хитаров, 1979]. Поэтому на базальтовых вулканах наблюдается существенно другой тип извержений и предвестников, чем на андезитовых или даци-товых вулканах. С другой стороны, предвестники для побочных извержений базальтовых вулканов существенно отличаются от таковых для вершинных извержений.

К явлениям, предваряющим извержения, относятся: вулканические землетрясения и дрожания, деформации земной поверхности, изменения магнитного, электрического и гравитационного полей, изменения температуры и состава фумарольных газов и другие. Несмотря на развитие новых видов измерений на Камчатке [Гордеев, Чебров, 2009] и интегрированных методов [Sparks, 2003], сейсмологический метод и в настоящее время остается главным краткосрочным методом, поскольку дает возможность мониторинга состояния вулкана в реальном времени [Токарев, 1985; McNutt, 1999].

Предвестники и, соответственно, прогнозы извержений разделяются на долгосрочные (среднесрочные) и краткосрочные [Токарев, 1979]: В практике работы Общего совета по прогнозу сильных землетрясений и вулканических извержений Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН и Камчатского филиала ГС РАН приняты следующие условные временные интервалы для прогнозов: краткосрочный - менее 1 мес., среднесрочный - от 1 мес. до 1 года и долгосрочный - более 1 года [Токарев, 1988; Федотов, 2008].

Впервые задача изучения предвестников и методика прогнозирования извержений вулканов были изложены в работах [Горшков, 19546; Minakami, 1960]. П.И.Токаревым в 1960 - начале 1990 гг. на Камчатке была создана научная школа по прогнозу вулканических извержений. Им были разработаны методы прогноза умеренных извержений андезитового вулкана Безымянный и побочных извержений базальтовых вулканов и начато создание службы прогноза вулканических извержений Камчатки [Токарев, 1966, 1977, 1985].

Обзору предвестников и методов прогноза извержений вулканов посвящены работы [McNutt, 1999; Sparks, 2003; Zobin, 2003]. В последние десятилетия, в связи с расширением наблюдательных сетей, использованием новых технологий передачи, накопления данных и их обработки значительно увеличилась детальность исследований на вулканах Камчатки [Гордеев, Чебров, 2009]. Необходим современный обзор предвестников извержений вулканов на Камчатке, который мы дадим в данной главе с упором на сейсмологические предвестники.

О понятии « предвестник». В настоящее время известно, что ряд космических факторов оказывает влияние на геодинамическую обстановку и на возникновение больших камчатских извержений и сильных землетрясений [Широков, 1973, 1977, 1978а, 19786, 2007, 2008, Широков, Серафимова, 2006; Широков, Степанов, Дубровская, 2009; Hamilton, 1973]. Среди этих факторов 11- летняя и 22- летняя солнечная цикличности, 19-летний лунный прилив, перемещение географических полюсов и др. Обнаружена связь землетрясений в верхней мантии с сильными извержениями [Абдурахманов, Фирстов, Широков, 1976]. Если в извержениях вулкана имеется определенная ритмика, то распределение интервалов времени между несколькими последними извержениями позволяет оценить время будущего извержения [Иванов, Пономарев, 2005; Иванов, 2010]. Все эти и другие явления, предшествующие извержениям вулканов, также могут рассматриваться как его предвестники. Таким образом, предвестники — это многоплановое явление, попытаемся дать его более широкое определение.

Извержения-какого-либо вулкана питаются из его-магматической системы, которая состоит из областей зарождения, подъема и формирования, накопления, и дифференциации магмы [Жатнуев, 2005, 2010; Федотов, 2006]. В соответствии с общими понятиями термодинамики можно полагать, что магматическая питающая система' вулкана взаимодействует с внешней системой, которая представляет собой иерархию пересекающихся или вложенных друг в друга систем. В качестве такой совокупности можно рассматривать магматические системы вулканических центров или групп вулканов, земную-кору и мантию, саму Землю как планету, планетную систему, нашу галактику и т.д. В соответствии с этим под предвестниками извержения мы будем понимать любые явления, происходящие в магматической питающей системе вулкана или во внешних по отношению к ней системах, устойчиво предшествующие этому извержению. При таком понимании предвестников роль внутренних процессов в магматической питающей системе вулкана перед извержением не обязательно должна быть активной; извержение в принципе может инициироваться при воздействии на эту систему со стороны внешних систем. Заметим, что ранее магматическая питающая система вулкана рассматривалась преимущественно как активная, а внешняя среда как пассивная [Токарев, 1985]. Нетрудно понять, что новое определение существенно расширяет класс возможных предвестников. Например, изменение геодинамической обстановки в результате изменения космических факторов может вызвать подъем магмы и ее извержение на поверхность-земли и, очевидно, может рассматриваться как предвестник. В течение последних десятилетий этот подход успешно развивается применительно к прогнозу извержений вулканов и сильных землетрясений на Камчатке и в мире [Широков, 2008].

Можно выделить три главных аспекта при изучении предвестников-извержений вулканов: разработка методов прогнозирования извержений как опасных природных катастроф; исследование динамики перемещения магмы (вулканических продуктов) по питающим каналам; изучение взаимосвязей-процессов в магматической питающей системе вулкана с процессами в более широких геодинамических системах, включающих общепланетарные и космические.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Иванов, Виктор Васильевич

4.5. Выводы

1. Признаками близкого вершинного извержения Ключевского вулкана являются* усиление фумарольной активности, появление вулканического дрожания и нарастание его амплитуды, увеличение частоты парогазовых взрывов в центральном кратере вулкана и взрывных вулканических землетрясений IV типа. Два извержения из шести изученных предварялись краткосрочными (за 4- 7 суток) предвестниками, остальные четыре извержения. — среднесрочными предвестниками (за 2 - 9 месяцев) до их начала.

2. Пароксизмальная фаза 1 октября 1994 г. предварялась следующими явлениями медленным увеличением амплитуды ВД и интенсивности стромболианской активности вершинного кратера в течение сентября 1994 г., быстрым экспоненциальным ростом амплитуды за трое суток до пароксизма. Во время пароксизма амплитуда дрожания почти на порядок превышала амплитуду во время предшествующей стромболианской активности. После окончания па

3. Распределение длительности активизации подчиняется распространенному фрактальному степенному закону, подобному графику повторяемости для энергии землетрясений. Сейсмические активизации длительностью более полугода включали в себя шесть вершинных извержений, однако были длительные активизации без извержений.

Глава 5. Ритмика извержений на вулкане Ключевской в ХХ\ столетии и вопросы прогноза его активности

5.1. Сведения об извержениях Ключевского вулкана и анализ их цикличности

Исследование ритмики в извержениях дает возможность понять, какие факторы влияют на магматическую питающую систему вулкана и оценивать время начала следующего извержения. В работах [Иванов, 2005, 20106; Иванов, Пономарев, 2005] впервые на 90 - летнем временном интервале с 1920 по 2009 гг. была исследована цикличность в извержениях вулкана Ключевской, приведены оценки параметров его извержений и даны пробные среднесрочные прогнозы активности вулкана.

В таблице 2 впервые сведены сведения об извержениях вулкана Ключевской на 96-летнем временном интервале с января 1915 по сентябрь 2010 г.: даты начала и окончания извержений, их продолжительности, длительности пауз между ними и периодов вулканических циклов, характер извержений. Под периодом вулканического цикла понимается длительность интервала времени между концами соседних извержений [Токарев, 1987]. Длительности больших пауз и больших периодов вулканических циклов в. таблице выделены жирным шрифтом. Большие паузы начинают более длиннопериод-ные вулканические циклы, которые включают серии из нескольких, близко отстоящих друг от друга извержений. Определения терминов, исходные данные и методика обработки были даны в главе 3.

На рис. 31 сведения об извержениях изображены графически. Где видно, что на рассматриваемом интервале извержения были распределены во времени крайне неравномерно: отмечались как длительные (до 8.5 лет), так и сравнительно короткие (несколько месяцев) паузы. Извержения то следовали редко, то значительно учащались. Особенно много частых извержений отмечалось в 1980- 1990 гг., когда происходило растрескивание постройки Ключевского вулкана с образованием многочисленных побочных (субтерими-нальных) извержений.

Заключение

1. Выявлено, что признаками близкого вершинного извержения Ключевского вулкана являются усиление фумарольной активности, появление вулканического дрожания и нарастание его амплитуды, увеличение частоты парогазовых взрывов в центральном кратере вулкана-и взрывных вулканических землетрясений IV типа. Два извержения из шести изученных предварялись краткосрочными (за 4- 7 суток) предвестниками, остальные четыре извержения — среднесрочными предвестниками (за 2 - 9 месяцев) до их начала.

2. Впервые показано, что самая сильная за последние 65 лет пароксизмаль-ная фаза вершинного извержения Ключевского вулкана в 1994 г., предварялась за трое суток быстрым экспоненциальным ростом амплитуды дрожания.

3. Установлено, что вулканическое дрожание и взрывные вулканические землетрясения (сейсмические активизации) на Ключевском* вулкане занимают примерно 70% времени 16 -летних наблюдений. Всего отмечена 131 активизация и только шесть вершинных извержений. Длительность активизаций распределена по фрактальному степенному закону в интервале от нескольких суток до 1.5 лет. Вершинные извержения происходят во время- активизаций продолжительностью более полугода.

4. Впервые показано, что мощность-дрожания, предваряющего вершинные магматические извержения на Ключевском вулкане на один - два порядка превышает этот параметр при газовых гидротермальных извержениях других вулканов (при одинаковой парогазовой-активности и близкой тепловой« мощности их струй) и достигает уровня во время стромболианских извержений. Предполагается, что такое дрожание на Ключевском вулкане связано с процессами, происходящими в магме.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Иванов, Виктор Васильевич, Петропавловск-Камчатский

1.И., Фирстов П.П., Широков В.А. Возможная связь вулканических извержений с одиннадцатилетней цикличностью, солнечной активности //Бюлл. вулканол. ст.1976. № 52. G. 3-10:

2. Алидибиров М:А: Модель высвобождения энергии при вулканических взрывах вулканского типа // Вулканология и сейсмология, 1987. № 4. С. 50-58.

3. Алидибиров М.А., Богоявленская Г.Е., Кирсанов И.Т. и др. Извержение вулкана Безымянный в 1985 г. // Вулканология и сейсмология. 1988. № б. С. 3-17.

4. Баренбаум A.A., Хаш В.Е., Ясаманов H.A. Крупномасштабные тектонические циклы: интерпретация с позиций галактической концепции // Вестник Московского.ун-та. Сер. 4. Геология. 2004. №3. С. 3-16.

5. Белоусов А.Б., Белоусова М:Г. Отложения и последовательность событий извержения вулкана Безымянный 30 марта 1956 г. (Камчатка): отложения обломочнойлавины//Вулканология и сейсмология. 1998. №1. €.25-40.

6. Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка, 19751975. Отв. ред. С.А. Федотов. М.: Наука, 1984. 640 с.

7. Влодавец В.И. Вулканы Земли. М.: Наука, 1973. 168 с.

8. Влодавец В.И., Набоко СМ., Федотов С.А. К 50-летию советской вулканологии // Вулканология и сейсмология. 1985. № 4. С. 3-15.

9. Гирина O.A., Гордеев Е.И. Проект KVERT снижение вулканической опасности для авиации при эксплозивных извержениях вулканов Камчатки и Северных Курил // Вестник ДВО РАН. 2007. С. 100-109.

10. Гонтовая Л.И., Хренов А.П., Степанова М.Ю., Сенюков C.JI. Глубинная модель литосферы в районе Ключевской группы вулканов (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 2004. № 3. С. 3—11.

11. Гордеев Е.И. Природа сейсмических сигналов на активных вулканах. Автореф. дисс. доктора физ.-мат. Наук. М., 1998. 35 с.

12. Гордеев ЕЖ, Гусев A.A., Левина и др. Коровая сейсмичность Камчатки // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН. 2004. С. 62-74.

13. Гордеев Е.И., Мельников Ю.Ю., Синицын В.Н., Чебров В.Н. Вулканическое дрожание Ключевского вулкана ( извержение вершинного кратера в 1984 г.) // Вулканология и сейсмология. 1986. № 5. С. 39—53.

14. Гордеев Е.И., Чебров В.Н., Викулин A.B. Система сейсмологических наблюдений на Камчатке (условия, развитие, перспективы) // Кроноцкое землетрясение 5 декабря 1997 года на Камчатке. Петропавловск-Камчатский: КОМСП ГС РАН. 1998. С. 12-24.

15. Гордеев Е.И., Чебров В.Н., Дрознин Д.В. и др. Сбор, обработка и хранение сейсмологической информации // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. К 25-летию Камчатского филиала ГС РАН. Петропавловск-Камчатский, 2004. С. 11-42.

16. Горельчик В.И. Гарбузова В.Т., Дрознин Д.В. и др. Вулкан Шивелуч: Глубинное строение и прогноз извержения по данным детальной сейсмичности 1962-1994 гг. // Вулканология и сейсмология. 1995. № 4-5. С. 54-75.

17. Горельчик В.И., Гарбузова В. Т., Сторчеус A.B. Глубинные вулканические процессы под Ключевским вулканом по сейсмологическим данным // Вулканология и сейсмология. 2004. № 6. С. 21-34.

18. Горельчик В.И., Левина В'.И. Пространственно-временные и динамические характеристики землетрясений, связанных с извержением Ключевского вулкана в 1974 г. // Вулканология и сейсмология. 1985. № 6. С. 59-79.

19. Горельчик В.И., Чубарова О.С., Гарбузова В.Т. Сейсмичность района Северной группы вулканов Камчатки, 1971-1983 гг. // Вулканология и сейсмология. 1988. № 1. С. 90-100.

20. Горельчик В.И., Степанов В.В. Состояние Ключевского и Безымянного вулканов по данным детальных сейсмологических наблюдений в 19711973 гг. // Бюлл. вулканол. ст. 1977. № 53. С. 53-60.

21. Горшков Г.С. Вулканическое дрожание, связанное с прорывом кратера Былинкиной //Бюлл. вулканол. ст. 19546. №23. С. 31-37.

22. Горшков Г\ С. О связи сейсмических и вулканических явлений при извержении вулкана Безымянного (1955-1956 гг.) // Бюлл. вулканол. ст. 1961. №31. С. 32-37.

23. Горшков Г.С. Сейсмические наблюдения в 1949 г. // Бюлл. вулканол. ст. 1954а. №21. С. 18-39.

24. Горшков Г.С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения 1955-1963 гг. М.: Наука, 1965. 172 с.

25. Горшков Г. С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения (1955-1963 гг.). М.: Наука, 1965. 171с.

26. Гущенко И.И. Извержения вулканов мира (каталог). М.: Наука, 1979:475с.

27. Двигало В.Н. Кратер и вершинные извержения Ключевского вулкана //Вулканология и сейсмология. 1991. №5. С. 3-18.

28. Двигало В.Н. Морфологические предвестники, (первые признаки) активизации некоторых вулканов Камчатки // Вулканология и. сейсмология. 2000. №4. С. 3-16.

29. Двигало В.Н., Чирков A.M., Федотов С.А. Новая- вершинная кальдера'Плоского Толбачика // Большое трещинное Толбачинское извержение (Камчатка 1975-1976). Гл. II. М.: Наука, 1984. С. 75-84.

30. Дрознин В.А. Физическая модель вулканического процесса. М.: Наука, 1980: 92 с.

31. Еремин Н:И., Дерганее А.Л., Позднякова Н.В., Сергеева Н. Е. Эпохи вулканогенного колчеданного рудообразования в истории. Земли // Геология рудных месторождений. 2002. Т. 44. № 4. С. 259-275.

32. Жаринов H.A., Горелъчик В.И., Жданова Е.Ю: и др. Извержения Северной группы вулканов Камчатки в 1988-1989 гг., сейсмологические и геодезические данные //Вулканология и сейсмология. 1991. №6. С. 3-33.

33. Жаринов H.A., Демянчук Ю.В. Состояние вулканов Шивелуч и Ключевской»в 1999 г., долгосрочный прогноз их деятельности»// Вулканология и сейсмология. 2001. № 2. С. 30—38.

34. Жаринов H.A., Демянчук Ю.В. Вершинное извержение вулкана Ключевской (Камчатка) в 2007 г. // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога 27-29 марта 2008 г. Петропавловск Камчатский: ИВиС ДВО РАН. 2010. С. 81-89.

35. Жданова Е.Ю., Рудаков В.П. Проявления ритмичности в эруптивной деятельности вулканов Ключевской группы и Шивелуча (Камчатка)// Вулканология и сейсмология. 1994. №3. С.20-34.

36. Иванов В.В. Об облаках парогазовых извержений и фумарол // Вулканология и сейсмология. 1988а. № 4. С. 37-50.

37. Иванов В.В. О сопоставлении тепловой мощности эруптивных струй и вулканического-дрожания для извержений разных типов // Вулканология и сейсмология. 19886. №5. С. 53-63.

38. Иванов В.В. Прогнозы крупных извержений вулканов на Камчатке и их оправдываемость // Вестник ДВО РАН. 2003. №5. С. 97-108.

39. Иванов В.В. Повторяемость извержений Карымского вулкана и сейсмологические предвестники пароксизмальных событий 1-2 января 1996 г. в

40. Карымском районе // Материалы ежегодной конференции, посвященной Дню вулканолога 28-31 марта 2007 г. Петропавловск Камчатский: ИВи€ ДВО РАН. 2007. С. 50-61.

41. Иванов В-Bf,. Пономарев- F.П. Ритмика извержению Ключевского? вулкана и вопросы прогноза его активности // Вестник КРАУНЦ. №-2(6). 2005. С. 48-61.

42. Кадик A.A., Лебедев Е.Б., Хитаров Н.И. Вода в мапматических расплавах. М.: Наука; 1971*. 267 с.

43. Кирсанов И.Т., Пономарев Г.П., Штейнберг Г.С. Некоторые.закономерности извержений Ключевского вулкана // Бюлл. вулканол. ст;. 19731 № 49. С. 93-98.

44. Кирьянов В. Ю: Вулканические пеплы Камчатки: как источник потенциальной опасности для пассажирских авиалиний. // Вулканология? и сейсмология. 1992. № 3; G. 16-36.

45. Кожемяка H.H. Четвертичные полигенные вулканы Камчатки: масштабы вулканизма, баланс вещества, динамика интенсивности и продуктивности в отдельных типах построек, вулканических зонах и по региону в целом // Вулканология и сейсмология. 2001. №5. G. 3-21.

46. Конов А. С., Озеров А.Ю. Закономерности в динамике, извержений Ключевского вулкана, и; сопровождающем их вулканическом дрожании // Вулканология и сейсмология. 1988. № 3. С. 21-38.

47. Кугаенко Ю.А., Кравченко Н.М., Салтыков В.А. Подготовка Карым-ского сейсмо-вулканического кризиса в параметрах разномасштабной, сейсмичности // Вулканология и сейсмология. 2009. № 3. С. 27-37.

48. Кутателадзе С.С., Накорякое В.Е. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах. М.: Наука, Сибирское отделение. 1984. 310 с.

49. Лебедев Е.Б., Хйтаров Н.И. Физические свойства магматических расплавов. М.: Наука, 1979. 199 с.

50. Макдоналъд. Вулканы. М.: Мир, 1975. 431с.

51. Мелекесцев и др. Вулкан Шивелуч // Действующие вулканы Камчатки. Т. 1. М.: Наука, 1991. С. 84-97.

52. Мелекесцев И.В. Новейшие гигантские эксплозивно-обвальные лавины катастрофических извержений вулкана Шивелуч на Камчатке: детерминированность и> возможные причины (реферат). 2005 г. // http://www.bestreferat.ru/referat-4545.htmK

53. Мелекесцев И.В., Хренов А.П., Кожямяка H.H. Тектоническое положение и общий очерк вулканов Северной группы и Срединного хребта // Действующие вулканы Камчатки. T.l, М.: Наука, 1991. С. 74-78.

54. Мелекесцев И.В., Бращева O.A., Пономарева В.В. и др. Эндогенные катастрофы в голоцене на Камчатке и Курильских островах // ДАН. 2003. Т. 389. №5. С. 662-665.

55. Меняйлов И. А. Зависимость состава вулканических газов от состояния вулканической активности и геохимический прогноз извержений // Бюлл. вулканол. ст. 1976. №52. С. 42-48.

56. Михайлова-Филлипова М.ИТеплообмен потока магмы со стенками трещины- дайки: математическая модель и алгоритм расчета // Вулканология и сейсмология. 1994. №6. С. 17-23.

57. Озеров А.Ю., Карпов Г.А., Дрознин В.А., Двигало В.Н., Демянчук Ю.В., Иванов В.В. и др. Динамика извержения Ключевского вулкана 7 сентября 2 октября 1994 г. (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1996. №5. С. 316.

58. Озеров А.Ю., Арискин А.А., Бармина Г.С. К проблеме генетических взаимоотношений высокоглиноземистых и высокомагнезиальных базальтов Ключевскоговулкана(Камчатка) //ДАН. 1996. Т. 350. №1. С. 104-107.

59. ПийтБ.И. Ключевская сопка и-ее извержения в» 1944-1945 гг., и в прошлом. // Тр. Лаб. вулканологии АН СССР. Вып.11. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 307с.

60. Пийп Б Ж. Особенности извержений Ключевского вулкана // Тр. лаб. вулканологии АН СССР, Вып. 13. М:: Изд-во АН СССР. 1958. С. 99-119.

61. Поляк Б.Г., МелекесцевЖ.В: Продуктивность вулканических аппаратов //Вулканология и сейсмология. 198Г. № 5. С. 22—37.

62. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной, породы // ДАН СССР. 1979. Т. 247. №4. С.829-831.

63. Селиверстов Н.И. Строение дна прикамчатских акваторий и геодинамика зоны сочленения Курило-Камчатской и Алеутской островных дуг. М.: Науч-ный мир, 1981. 164 с.

64. Сенюков С. Л. Мониторинг активности вулканов;Камчатки дистанционными средствами наблюдений в 2000-2004 гг. // Вулканология и сейсмология. 2006. № 3. С. 68-78.

65. Слезин Ю. Б. Механизм вулканических извержений (стационарная модель). М.: Научный мир. 1998. № 2. 127с.

66. Токарев П.И. Сейсмические наблюдения на Камчатской вулканологической станции в 1958 г. // Бюлл. вулканол. ст. 1958. № 33. С. 20-43.

67. Токарев П.И. Извержения и сейсмический режим вулканов Ключевской группы. М.: Наука, 1966. 118с.90.- Токарев П.И. Гигантское извержение вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. и его предвестники // Изв. АН*СССР. Сер. Физика Землт 1967. № 9. С. 11-22.

68. Токарев П.И. Предсказание места и времени начала большого Тол-бачинского извержения в июле 1975 г. // ДАН СССР. 1976. Т. 229. №2. С. 439442.

69. Токарев П.И. К методике прогноза извержений вулканов Камчатки по сейсмологическим данным. Бюлл. вулканол. ст. 1977а. № 5. С. 38-45.

70. Токарев П.И Некоторые закономерности вулканического процесса // Магмообразование и его отражение в вулканическом процессе. М.: Наука, 19776. С. 25—40.

71. Токарев П.И. Долгосрочный прогноз извержений вулканов // Вулканология и сейсмология. 1979. № 3. С. 77-90.

72. Токарев П.И Вулканические землетрясения Камчатки. М.: Наука, 1981. 164с.

73. Токарев П.И. Низкочастотное вулканическое дрожание // Вулканология и сейсмология. 1982. № 6. С. 56—87.

74. Токарев П.И. Прогноз побочного извержения вулкана Ключевского в марте 1933 г. // Вулканология и сейсмология. 1983. №5. С. 3-8.

75. Токарев П.И. Асачинский рой землетрясений и его природа (Камчатка, март-апрель, 1983) // Вулканология и сейсмология. 1984. № 3. С. 3-13.

76. Токарев П.И. Предвестники вулканических извержений // Вулканология и сейсмология. 1985. № 4. С. 108-119.

77. Токарев П.И. Количественная характеристика и повторяемость вулканических извержений // Вулканология и сейсмология. 1987. № 6. С. 110-118.

78. Токарев П.И. Прогноз побочных извержений вулкана Ключевской // Вулканология и сейсмология. 1988. № 6. С. 47—61.

79. Токарев П.И., Федотов С.А., Степанов В.В. Глава XI. Прогноз начала »развития извержения // Большое трещинное Толбачинское извержение: Камчатка: 1975-1976. М.: Наука, 1984. <2. 373-378.

80. Токарев П.И., Фирстов П.П. Вулканы Камчатки-и прогноз извержений (лекция). Петропавловск-Камчатский. 1979. 22 с.

81. Токарев П.И., Широков В.А., Зобин В.М. Сейсмические явления, связанные с извержением побочного кратера им. Пийпа в октябре-декабре 1965 г. //Бюлл. вулканол. ст. 1968. №44. С. 30-41.

82. Трубников Б.А., Слезин Ю.Б., Самойленко Б.И., Сторчеус A.B. К теории глубинного вулканического дрожания // ДАН СССР. 1981. Т.256. №6. С. 1337-1340.

83. Федотов С.А. Оценка выноса тепла и пирокластики вулканическими извержениями и фумаролами по высоте их струй и облаков // Вулканология и сейсмология. 1982. №4. С. 3-28.

84. Федотов С. А. К 25-летию детальных сейсмологических исследований на Камчатке и Командорских островах, XI.1961 Х.1986: История, развитие и задачи // Вулканология и сейсмология. 1987. № 6. С. 3-10.

85. Федотов С. А. Магматические питающие системы, и механизм извержений вулканов. М.: Наука. 2006. 455 с.

86. Федотов С.А. К 30-летию совета Института вулканологии1 и сейсмологии ДВО РАН и Камчатского филиала ГС РАН по прогнозу землетрясений и извержений вулканов // Вулканология и сейсмология. 2008. № 6. С. 78-80.

87. Федотов С.А., Горельчик В.И., Зобин В.М. и др. Глава XII. Сейсмологические данные о механизме и развитии извержения // Большое трещинное Толбачинское извержение. Камчатка: 1975-1976. М.: Наука, 1984. С. 389-447.

88. Федотов Q.Ä., Гусев A.A., Чернышева Г.В., Шумилина Л.С. Сейс-мофокальная зона Камчатки (геометрия, размещение очагов землетрясений и* связь с вулканизмом) // Вулканология и сейсмология. 1985. № 4. С. 91-107.

89. Федотов C.Ai, Двигало В.Н., Жаринов H.A., Иванов В.В. и др. Извержение вулкана Шивелуч в мае-июле 2001 г. // Вулканология и сейсмология. 2001. №6. С. 3-15.

90. Федотов С.А., Жаринов H.A., Горельчик В.И. Деформации и землетрясения Ключевского вулкана, модель его деятельности // Вулканология и сейсмология. 1988. №2. С. 3-42.

91. Федотов С. А., Жаринов Н. А., Гонтовая Л. И. Магматическая питающая система Ключевской группы вулканов (Камчатка) по данным об ее извержениях, землетрясениях, деформациях и глубинном строении // Вулканология и сейсмология. 2010. № 1. С. 3-35.

92. Федотов С. А., МасуренковЮ.П., Святловский, А.Е. Предисловие// Действующие вулканы Камчатки. Т.1, М.: Наука, 1991. С. 5-7.

93. Федотов С.А., Михайлова Филиппова М.И. Течение магм в дайках разной мощности (по данным математического моделирования при вязкости, зависящей от температуры) // Вулканология и сейсмология.1994. №6. С. 24-43.

94. Федотов СЛ., Хренов А.П., Жаринов H.A. Ключевской вулкан, его деятельность в 1932-1986 гг. и возможное развитие // Вулканология и сейсмология. 1987. № 4. С. 3-16.

95. Фирстов П.П., Кравченко Н.М. О возможности использования воздушных волн для оценки» количества эксплозивного газа, высвобождаемого во время вулканических извержений // Вулканология и сейсмология. 1995. № 4.5. С. 160-171.

96. Хренов А.П., Двигало В.Н., Кирсанов и др. Вулкан Ключевской // Действующие вулканы Камчатки. T.l, М.: Наука, 1991. С. 106-145.

97. Шевченко Ю.В: Метрологическое обеспечение сейсмотелеметриче-ских сетей станций на Камчатке // Вулканология и сейсмология. 1995. № 1. С. 90-105.

98. Шеймович В. С., Патока М.Г. Геологическое строение зон активного кайнозойского вулканизма. М.: Недра, 1989. 204 с.

99. Широков В.А. Космос и вулканы // Человек и стихия. Л.: Гидроме-теоиздат, 1973. С. 26-28.

100. Широков В. А. Связь извержений вулканов Камчатки с землетрясениями верхней мантии // Бюлл. вулканол. ст. 1978а. № 54. С. 3-8.

101. Широков В.А. Некоторые вопросы методики комплексного прогноза побочных извержений вулкана Ключевской (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 1985. № 6. С. 48-58.

102. Широков В.А., Серафимова Ю.К. Прогноз сильных извержений вулканов Тихоокеанского тектонического пояса на ближайшие 20 лет на основе применения метода фазовых траекторий // Вестник КРАУНЦ. 2008. № 2(12). С. 154-163.

103. Штейнберг Г. С., Бабенко Ю.К Определение скорости и плотности вулканического газа (флюида) при извержении вулкана Алаид // Магмообразо-вание и его отражение в вулканическом процессе. М.: Наука, 1977. С. 80—84.

104. Alparone S., Andronico D., Lodato L. Sgroi Т. Relation between tremor and volcanic activity during the Southern Crater eruption on Mount Etna in early 2000 // Journal of Geophysical Research. 2003. V. 108. № B5. P. 199-221. doi: 10.1029/2002JB001866.

105. Chester D.K., Duncan A.M., Guest J.E., Kilburn C.R.J. Mount Etna: The anatomy of a volcano. London: Chapman and Hall, 1985. 404 p.

106. Chouet B. Long period volcano seismicity: its source and use in eruption forecasting //Nature. 28 March 1996. V. 380. P. 309-316.

107. Cosentino M., Gresta S., Lobbardo G. et al. Features of volcanic tremor on Etna (Sicily) during the March-August 1983 eruption // Bull. Volcanol. 1981. V. 47. №4 (2). P. 929-939.

108. Encyclopedia of volcanoes. Ed. in chief H. Sigurdsson. San Diego,. Academic press. 1999. 1417 p.

109. Eruption Response and Mitigation II Encyclopedia of volcanoes. Part VIII. Ed. in chief H. Sigurdsson. San Diego,. Academic press. 1999. P. 1095-1242.

110. Gresta S., Patane G. Review of seismological studies at Mount Etna I I Pure and Appl. Geophys. 1987. V. 125. PP. 951-970.

111. Hamilton W.L. Tidal cycles of volcanic eruptions: Fortunately to 19 yearly periods //J.G.R. 1973. V. 78. №17. P. 3356-3362.

112. Ivanov V., Taniguchi H, Dvigalo V., Goto A. Explosive volcanism of Kamchatka II Proceedings of the Center for Northeast Asian Studies Tohoku University, Vol. 4, March, 2000. PP. 173-206.

113. Koyanagi R.Y., Ghouet B., Aki K. Origin of volcanic tremor in-Hawaii. Pt. 1 // Volcanism in Hawaii. V. 2. Chapter 45. U.S. Geological Survey Professional Paper 1350. W. 1987. P." 1221-1257.

114. McNutt S. R. Volcanic tremor at Pavlof volcano, Alaska, October 1973-April 1987//Pure and Applied geophysics. 19876. V.125.№6.PP. 1051-1077.

115. McNutt S. R. Some seismic precursors to eruptions at Pavlof volcano, Alaska, October 1973- April 1986 // Volcanic Hasards. Ed. by J. H. Latter // Springer-Verlag. Berlin, Heidelberg. 1989. PP. 463-485.

116. McNutt S. R. Seismic Monitoring*// Encyclopedia of volcanoes. 2000. Academic Press. Editor-in-Chief: Sigurdsson H. PP. 1095-1119.

117. Melnikov D.V., Girina O.A., Ushakov S.V. Satellite monitoring of Kamchatkan and Northern Kurile volcanoes // Use of Remote Sensing Techniques for Monitoring Volcanoes and Seismogenetic Areas. Vesuvius Observatory, June 23-24. 2005. P. 42.

118. Menyailov LA., Nikitina L.P., Shapar V.N. Rezults of geochemical monitoring of the activity of Ebeko volcano (Kurile Islands) used for eruption prediction // Journal of geodynamics. 1985. V.3. P. 257-274.

119. Minakami T., Hiraga S., Miyazaki T., Utibori S. Fundamental research for prediction volcanic eruptions (pt.2) // Bull: Earthq. Res., Inst., Tokyo Univ., 1969. V. 47. Pt. 5. P. 893-949.

120. Monitoring and mitigation of volcano hazards. Eds.: Scarpa R., Tilling R.I. Springer-Verlag. Berlin- Heidelberg-New York, 1996: P. 841.

121. Mount Etna volcano: A review of the recent earth sciences studies. ( Ed. by R.Romano). 1982. Memorie Delia Societa Geologica Italiana. Vol. XXIII. 205 p.

122. Newhall C., Hendley II J. W., Stauffe P. H. The Cataclysmic 1991 Eruption of Mount Pinatubo, Philippines // USGS Fact Sheet-113-97. Reprinted in 1998.

123. Ohta K. Reviews on prediction of the 1990-1995 eruption of Unzen volcano and supporting system for rise management // Kazan. 1997. V. 42 (1), P. 6174 (In Japanese with English abstracts and subscribes).

124. Simkin, T., Siebert, Z. Volcanoes of the World. 1994. 2nd edition: Geoscience Press in association« with* the Smithsonian Institution1 Global^ Volcanism Program, Tucson AZ. 368 p.

125. Sparks R.S:J. Forecasting volcanic eruptions // Earth- and Planetary Science Letters. 2003. V. 210. P. 1-15.

126. The 1980 eruption of mount St. Helens, Washington. Geological Survey Prof. Paper 1250. W.DC: 1981. P. 844.

127. Swanson D.A., Casadevall T.J., Dsurisin D. et al. Forecasts and predictions of eruptive activity at Mt. St. Helens, USA: 1975-1984 // Journal of geodynamics. 1985. V.3. № 3-4. P. 397-423.

128. Tanguy J.C., Patané G. Activity of Mount Etna, 1977-1983. Volcanic phenomena and accompanying seismic tremor // Bull. Volcanol. 1981. V. 47. № 4 (2). PP. 965-976.

129. The surveillance and prediction of volcanic activity (a review of methods and techniques). UNESCO, Paris, 1971. 166 p.

130. Tokarev P.J. The prediction of large explosions of andesitic volcanoes // Journal of geodynamics. 1985. V.3. P. 219-244.

131. Unzen volcano: The 1990-1992 eruption. Fukuoka, Japan, 1992. The Nishippon and Kyushu university press. Editors: Yanagi T., Okada H., Ohta K. 137 P

132. VoightB. A method for prediction of volcanic eruptions // Nature. 1988. V. 332. №6160. P. 125-130.

133. Voight B., Hoblitt R.P., Clarke A.B. et al. Remarcable cyclic ground deformation monitored in real-time on Montserrat, and its use in eruption forecasting // Geophysical research letters. Septemberl5, 1998. V.25. № 18. PP. 3405-3408.

134. Volcanic Hasards. Ed. by R. J. Tilling // American Geophysical Union, W., DC.: 1989. 124 p.

135. О начале магматического извержения на вулкане Ключевской в 2003 г.

136. Прогноз развития извержения

137. Рассмотрим предысторию настоящего извержения и развитие его предвестников. Это позволит понять механизм подъема магмы перед извержением и оценить его развитие в будущем.

138. Механизм подъема магмы в канале вулкана до извержения^

Информация о работе

Иванов, Виктор Васильевич
кандидата геолого-минералогических наук
Петропавловск-Камчатский, 2011
ВАК 25.00.10

Диссертация

Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы