CC BY
23
УДК 551.21+550.34
https://doi.org/10.24411/0131-4270-2020-6-77-84
СЕЙСМОЛОГИЧЕСКИЕ ПРЕДВЕСТНИКИ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ИЗВЕРЖЕНИЙ ВУЛКАНОВ БЕЗЫМЯННЫЙ И ШИВЕЛУЧ НА КАМЧАТКЕ В XX СТОЛЕТИИ
SEISMOLOGICAL PRECURSORS OF CATASTROPHIC ERUPTIONS OF BEZYMIANNY AND SHIVELUCH VOLCANOES IN KAMCHATKA IN THE 20TH CENTURY
В.В. Иванов
Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук, 683006, г. Петропавловск-Камчатский, Россия
ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8679-5881, E-mail: victorvasilievich53@gmail.com
Резюме: В работе проанализированы сейсмологические предвестники для трех существенно различных извержений анде-зитовых вулканов на Камчатке: двух самых больших и опасных извержений Шивелуча и Безымянного в XX столетии, а также для умеренного извержения Шивелуча в 2001 году. Показано, что основные характерные особенности предвестников этих трех извержений принципиально различны и, вероятно, представляют собой три различных класса поведения подобного рода систем. Дается возможное объяснение наблюдаемым особенностям сейсмичности и возможному механизму образования для указанных различных типов. Показано, что определение моментов начала внезапных пароксизмальных фаз больших извержений андезитовых вулканов, вызванных обрушениями их построек, в настоящее время по сейсмологическим данным проблематично. Предлагается один из возможных сейсмологических критериев различения подготовки больших от подготовки умеренных извержений андезитовых вулканов. Намечаются пути совершенствования методик прогнозирования умеренных извержений андезитовых вулканов.
Ключевые слова: извержение, андезитовый вулкан, сейсмологические предвестники, Камчатка, Шивелуч, Безымянный.
Для цитирования: Иванов В.В. Сейсмологические предвестники катастрофических извержений вулканов Безымянный и Шивелуч на Камчатке в XX столетии // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2020. № 5-6. С. 77-84.
D0I:10.24411/0131-4270-2020-6-77-84
Благодарность: Автор выражает признательность В.Т. Гарбу-зовой, О.А. Гириной, В.Н. Двигало, В.А. Дрознину, И.В. Мелекес-цеву, П.П. Фирстову и В.А. Широкову за полезные обсуждения рассматриваемых в статье вопросов.
Victor V. Ivanov
Institute of Volcanology and Seismology of Far East Division, Russian Academy of Sciences, 683006, Petropavlovsk-Kamchatskiy, Russia ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8679-5881, E-mail: victorvasilievich53@gmail.com
Abstract: The paper analyzes seismological precursors for three substantially different eruptions of andesite volcanoes in Kamchatka: the two largest and most dangerous eruptions of Shiveluch and Bezymyanny in the 20th century, as well as for the moderate eruption of Shiveluch in 2001. It is shown that the main characteristic features of the precursors of these three eruptions are fundamentally different and probably represent three different classes of behavior of such systems. Possible explanation for the observed features seismicity and a possible mechanism of formation for these different types is given. It is shown that the determination of the moments of the beginning of sudden paroxysmal phases of large eruptions of andesite volcanoes caused by the collapse of their structures is currently problematic by seismological data. One of the possible seismological criteria for distinguishing the preparation of large and moderate eruptions of andesite volcanoes is proposed. The ways of improving the methods of forecasting moderate eruptions of andesite volcanoes are outlined.
Keywords: eruption, andesite volcano, seismological precursors, Kamchatka, Shiveluch, Bezymianny.
For citation: Ivanov V.V. SEISMOLOGICAL PRECURSORS OF CATASTROPHIC ERUPTIONS OF BEZYMIANNY AND SHIVELUCH VOLCANOES IN KAMCHATKA IN THE 20TH CENTURY. Transport and Storage of Oil Products and Hydrocarbons. 2020, no. 5-6, pp. 77-84.
DOI:10.24411/0131-4270-2020-6-77-84
Acknowledgments: The author is grateful to V.T. Garbuzova, O.A. Girina, V.N. Dvigalo, V.A. Droznin, I.V. Melekestsev, P.P. Firstov and V.A. Shirokov for consultations and useful discussions.
Введение
Настоящая статья продолжает цикл публикаций по вулканологии в журналах «История и педагогика естествознания» № 1 и 2, 2015, № 2, 2016 и «Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья» № 5-6, 2018 и № 3, 2019 [1-6]. В этих статьях дано описание современного вулканизма на Камчатке, суммированы результаты работ по прогнозу вулканических извержений за последние 57 лет (с 1955 по 2012 год), исследованы закономерности магни-тудного распределения его вулканических извержений за
последние 50 тыс. лет, предложен возможный механизм для объяснения степенного характера распределений такого вида. Настоящая статья посвящена вопросам прогнозирования наиболее опасных проявлений взрывного кислого вулканизма на Камчатке.
Проблема прогноза вулканических извержений и опасность кислого вулканизма. Несмотря на развитие в последние годы новых видов и систем наблюдения, обработки данных, изучения глубинного строения, свойств горных пород, моделирования процессов и отдельные успехи,
прогнозирование вулканических извержений на сегодняшний день еще остается серьезной научной и технической проблемой как на Камчатке, так и во всем мире [7, 8]. Особенно это касается крупных взрывных извержений вулканов с кислым составом продуктов, которые наиболее опасны. Вязкость кислых магм обычно на несколько порядков больше, чем вязкость основных магм. При малом газосодержании такие магмы на поверхности земли образуют огромные экструзивные купола, состоящие из блоков, реже короткие мощные лавовые потоки. Напротив, при большом содержании газов такие магмы у поверхности земли ведут себя наподобие взрывчатых веществ, поскольку в силу большой вязкости при подъеме к поверхности земли способны сохранять в пузырьках выделившихся из них магматических газов огромные избыточные давления, характерные для глубин первых километров. В напряженной ячеистой структуре высоковязкой магмы с большим избыточным давлением газов в ячейках, при определенных условиях могут развиваться волны дробления, в определенном смысле напоминающие волны детонации в химическом взрывчатом веществе [9]. Образующиеся при разрушении магмы продукты формируют высокие плиниан-ские колонны, протяженные пирокластические потоки и другие проявления эксплозивного вулканизма, представляющие значительную опасность для населения и авиатрафика [9, 10].
Подъем высоковязких кислых магм по магматическим каналам перед извержением порождает во вмещающей среде значительные избыточные напряжения, которые вызывают растрескивание горных пород. Возникают предваряющие вулканические землетрясения, которые являются главным индикатором внедрения магм, что широко используются для прогнозирования [11, 12].
Крупные внедрения при определенных топографических и тектонических условиях могут вызывать потерю устойчивости построек кислых вулканов и их внезапное обрушение [13]. Мы полагаем, что этому способствует пониженная прочность их построек, поскольку они обычно являются совокупностью экструзивных куполов, каждый из которых состоит из отдельных блоков, а также из свежей, неконсолидированной пирокластики. Такие обрушения представляют значительную опасность. С другой стороны, обрушение постройки вулкана вызывает уменьшение мощности покрывающих магму вышележащих горных пород и снижение избыточного давления в магматической системе. Быстрая декомпрессия поднимающейся газонасыщенной вязкой магмы может внезапно вызвать развитие в ней указанных волн дробления, то есть пароксизмальный взрыв [9, 14]. Вот почему крупные извержения кислых вулканов наиболее опасны, а их прогнозирование представляет собой важную практическую задачу.
Краткосрочное прогнозирование извержений предполагает выявление их предвестников в различных геофизических, геохимических, геодеформационных и других полях и надежных закономерностей в их поведении, что является основой для создания соответствующих методик. Главным методом мониторинга и прогноза таких извержений является всепогодный дистанционный сейсмологический метод [15]. Тем не менее существующая неопределенность в поведении магматических систем создает значительные трудности в прогнозировании [7]. Особенно это
касается неопределенности моментов пароксизмальных фаз извержений, инициированных внезапными крупномасштабными обрушениями построек вулканов.
В XX столетии на Камчатке произошло два больших (с объемом изверженных продуктов (1 < V < 10 км3) пароксизмальных извержения андезитовых вулканов, которые изучались инструментальными методами - Безымянного в 1955-1956 годы и Шивелуча в 1964 году. Кроме этого, имели место свыше двух десятков более слабых межпароксиз-мальных извержений Безымянного, Шивелуча, Карымского и Кизимена. В данной работе мы ограничились анализом сейсмологических предвестников всего трех извержений -двух упомянутых пароксизмальных и межпроксизмального извержения Шивелуча, начавшегося в 2001 году. Мы полагаем, что они дают представление о трех основных типах извержений таких вулканов и трех классов их сейсмологических предвестников. Извержение Шивелуча в 2001 году было успешно спрогнозировано, его предвестники хорошо изучены, что позволяет, на наш взгляд, по-новому проинтерпретировать полученный ранее материал. Детальное сопоставление сейсмологических предвестников указанных трех извержений андезитовых вулканов на Камчатке позволит, по нашему мнению, выявить новые закономерности, которые могут быть полезны для понимания процессов подъема магм и прогнозирования опасных вулканических проявлений. Это является целью данной работы. Ранее подобная работа по изучению извержений андезитовых вулканов разного характера и масштаба на Камчатке не проводилась.
Обзор результатов изучения сейсмического режима в связи с рассматриваемыми извержениями
На основании изучения сейсмичности и активности вулкана Г.С. Горшков выделил основные фазы для извержения вулкана Безымянный в 1955-1956 годах и привел описание его пароксизмальной фазы 30 марта 1956 года [10]. Было показано, что самое сильное событие роя произошло на спаде сейсмической активности и по времени совпало с пароксизмальным «направленным взрывом» 30 марта. Более детальное изучение предвестников этого и последующих более слабых извержений Безымянного было проведено П.И. Токаревым [11, 16, 17]. Им было показано, что условные деформации перед этими извержениями нарастали по экспоненциальному закону. Однако для определения времени начала взрывных фаз слабых и умеренных извержений в 1959-1961 годах он аппроксимировал условные деформации гиперболическим законом, который имел вертикальную асимптоту (время извержения). По нашему мнению, это был лишь удобный прием, однако его применение затушевывало физическую природу подготовки этих извержений. Кстати, в отличие от первых умеренных извержений вулкана, условные деформации для его последующих извержений не показывали четких закономерностей, и указанные аппроксимации для них применить было невозможно. Поэтому в настоящее время речь идет лишь об «алгоритме» прогноза умеренных извержений этого вулкана [18].
Сейсмологические предвестники пароксизмального извержения вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 года приведены в работе П.И. Токарева [19]. Показано, что предваряющий рой землетрясений начался за 10,5 мес. до
извержения, причем основные события произошли за последние 10 суток до его начала, а самое сильное событие роя по времени совпало с началом извержения. Нарастание условных деформаций для землетрясений происходило по гиперболическому закону. После окончания извержения сейсмичность быстро снизилась до фонового уровня. Судя по данным амплитуд сопровождающего вулканического дрожания, извержение продолжалось около 70 минут, оно плавно началось, в конце достигло максимума и затем прекратилось. Важно, что в интервале времени ± 1,5 мес. от начала извержения в районе северной группы вулканов Камчатки на глубинах 70-100 и более километров в радиусе до 300 км от вулкана было зафиксировано 8 сильных землетрясений с максимальным энергетическим классом Ks = 12 (M ~ 5). Это указывает на значительную активизацию тектонических процессов в верхней мантии Камчатки, связанную с этим извержением. Реконструкция динамики этих извержений 1993 и 2001 годов по сейсмологическим и акустическим данным приведена в статье П.П. Фирстова [20].
В работе [21] исследованы сейсмологические предвестники умеренного извержения вулкана Шивелуч в 1993-1994 годах. Эти данные послужили основой для успешного краткосрочного прогноза по сейсмологическим данным следующего умеренного извержения этого вулкана, которое началось в 2001 году [8, 22]. В этих работах было показано, что извержения предварялись роями относительно слабых вулканических землетрясений (максимальный энергетический класс по S волнам Ks = 9) с относительно четкими вступлениями объемных сейсмических волн (II-III типов по классификации П.И. Токарева [11]). С приближением к началу извержений (их начальных экструзивных фаз) вид землетрясений изменялся в пользу событий с нечеткими вступлениями объемных волн и примерно одинаковыми амплитудами. Их основные взрывные фазы происходили после полного прекращения роя предваряющих землетрясений и развивались достаточно плавно.
В работе В.М. Зобина были даны оценки магнитуд и механизмов очагов для самых сильных вулканических землетрясений вулкана Шивелуч в 1964 году [23, 24]. Обзор сейсмичности в связи с рядом извержений вулканов Безымянного, Шивелуча и некоторых других андезитовых вулканов мира дан в статье этого автора [25], однако критический анализ материалов по теме следовало бы продолжить.
Описание извержений
Рассматриваемые извержения андезитовых вулканов существенно различались как по характеру, так и по масштабу. Извержения Безымянного 1955-1956 годов и Шивелуча 12 ноября 1964 года были большими. Они включали пароксизмальные фазы с образованием крупномасштабных обломочных лавин и пирокластических потоков [26, 27, 10, 28]. Шлейфы извержений достигали абсолютных высот 35 и 15 км соответственно, что соответствует классу катастрофических извержений c эксплозивным индексом VEI = 5 и 3-4 соответственно [29]. Извержение Безымянного в 1955-1956 годах произошло после почти тысячелетнего интервала покоя. Оно включало длительную (четырехмесячную) начальную экструзивно-эксплозивную фазу и пароксизмальный очень резкий, кратковременный «направленный взрыв» 30 марта 1956 года [10], вызванный крупномасштабным обрушением постройки вулкана [14,
27]. Почти сразу после взрыва в образовавшемся крупном кратере начался рост экструзивного лавового купола [10]. Напротив, извержение Шивелуча 12 ноября 1964 года произошло после примерно 20-летнего интервала покоя. Хотя оно также было инициировано крупномасштабным обрушением постройки [8, 14], однако произошло без предваряющей экструзивной или эксплозивной фазы и включало в себя лишь короткое (около 70 мин) пароксизмальное извержение [19]. В отличие от извержения Безымянного, извержение Шивелуча начиналось плавно [19, 20]. После окончания извержения активность в образовавшемся огромном кратере не возобновлялась в течение 16 лет вплоть до 1980 года.
Извержение Шивелуча, начавшееся в 2001 году, было примерно на порядок меньше по массе изверженных продуктов, оно включало начальную 20-суточную, преимущественно экструзивную фазу. Последовавшая за ней сильная взрывная фаза 19-21 мая 2001 года включала главный взрыв 19 мая с VEI = 3-4, который развивался плавно и продолжался около 6 ч. В этом принципиальное отличие ее от пароксизмальных фаз упомянутых двух катастрофических извержений. Мы полагаем, что эта фаза была вызвана подходом к поверхности земли большой порции газонасыщенной магмы, она не была инициирована обрушениями постройки вулкана [30].
Сейсмологические предвестники извержений вулканов Безымянный (1955-1956) и Шивелуча (1964; 2001)
Типы вулканических землетрясений и исходные данные. Все три извержения предварялись и сопровождались роями вулканических землетрясений 1-Ш типов по классификации П.И. Токарева [10, 16, 30]. Наиболее сильные землетрясения предваряющих роев вулканических землетрясений обычно имеют квадрантное распределение первых вступлений объемных волн. В записях большинства землетрясений такого рода имеются явно выраженные S-волны. Поэтому можно полагать, что в их очагах большое значение имеют сдвиговые компоненты [23]. Многие вулканические землетрясения по форме записи неотличимы от обычных тектонических землетрясений, Г.С. Горшков называл такие события «вулкано-тектоническими». В этом их принципиальное отличие от вулканических землетрясений IV типа и вулканического дрожания в классификации П.И. Токарева, которые связаны с вулканическими взрывами, образованием пирокластических потоков и т.д. (1966). В данной работе будут анализироваться лишь землетрясения указанного «сдвигового типа». Для изучения предвестников привлекались данные из каталогов вулканических землетрясений [16], а также каталогов КФ ГС РАН, в которых для характеристики сейсмической энергии событий используется энергетический класс по S-волнам ^ [31]. Магнитуды самых сильных землетрясений брались из работы [24].
Сейсмичность в связи с извержением вулкана Безымянный в 1955-1956 годах имела следующие характерные особенности. Явный рой вулканических землетрясений начался примерно за месяц до начала извержения. Частота и максимальный за сутки энергетический класс событий быстро нарастали и достигли максимума в конце октября (рис. 1) [10]. С началом извержения 21октября 1955 года (его пепловой фазы) частота землетрясений уменьшалась
Рис. 1. Ежесуточные параметры сейсмичности на вулкане Безымянный в 1955-1956 гг.: а - максимальный энергетический класс вулканических землетрясений II-III типов (Ksmax), б - число землетрясений с Ks > 9.0. Время UTC = местное - 12 ч
Рис. 2. Ежесуточные параметры сейсмичности на вулкане Шивелуч в сентябре-ноябре 1964 г. Время иТС= местное -12 ч. Обозначения см. на рис. 1
нерегулярным образом, что, вероятно, отражало снижение избыточного давления в магматической системе вулкана вследствие ее частичного открытия. Время здесь и далее мировое (UTC = местное -12 ч). К моменту предполагаемого появления первой лавы (началу роста лавового купола ~20 ноября 1955 года (по данным [10]) ежесуточная частота землетрясений резко (примерно на порядок) уменьшилась по сравнению с ее максимальным значением (см. рис. 1б). Вероятно, это произошло вследствие образования большого взрывного кратера на вершине вулкана и облегчения подъема свежей андезитовой магмы в центральном питающем канале вулкана (полного открытия его магматической системы) [10]. Впрочем, максимальный за сутки энергетический класс событий оставался по-прежнему высоким (см. рис. 1а). Распределение чисел вулканических землетрясений роя с Ks > 9,0 было следующим: с 20 октября по 20 ноября 1955 года - 280 событий, в декабре 1955 - феврале 1956 года от 36 до 42 событий в месяц, с 1 по 29 марта 1956 года - всего 13 событий. Таким образом, пароксизмальная фаза извержения 30 марта 1956 года произошла на постепенном спаде сейсмической активности. Тем не менее, несмотря на сравнительно низкий средний уровень сейсмической активности, на этом фоне 30 марта 1956 года произошло самое сильное землетрясение роя c Mw = 5,3. Его энергия составила около 20% суммарной энергии всех остальных событий роя. После пароксизмального взрыва на вулкане отмечались многочисленные более слабые землетрясения II-III типов с Ks <
8,5, которые, очевидно, сопровождали рост нового экструзивного лавового купола в огромном обвально-взрывном кратере, образовавшемся 30 марта (см. рис. 1а).
Сейсмичность в связи с извержением Шивелуча в 1964 году. Напротив, перед пароксизмальным извержением вулкана Шивелуч 11 ноября 1964 года (время иТС) ежесуточные величины энергетических классов и чисел вулканических землетрясений быстро нарастали, причем с ускорением. Из 58 событий с ^ > 9,0 предваряющего роя 50 землетрясений произошло в течение двух суток до извержения (рис. 2). После извержения вулканическая активность и вулканические землетрясения полностью прекратились, что вероятно отражало полную разгрузку магматической системы вулкана, вызванную извержением.
Сейсмичность в связи с извержением Шивелуча в 2001 году. Сейсмический режим в связи с извержением Шивелуча, начавшимся 29 апреля 2001 года, показан на рис. 3. Он в целом повторял таковой для вулкана Безымянный в 1955— 1956 годах. Отличия от случая Безымянного были следующими: а) на два порядка меньшая энергия землетрясений; б) в несколько раз меньшая продолжительность роя вулканических землетрясений; в) извержения главной взрывной фазы 19-21 мая 2001 года не начинались с сильных вулка-но-тектонических землетрясений (см. рис. 3).
Сравнение условных деформаций для вулканических землетрясений, предварявших извержения. На рис. 4 приведены графики условных деформаций, связанных с землетрясениями роев, предварявших пароксизмальное
Рис. 3. Сейсмический режим вулкана Шивелуч в апреле-мае 2001 года: а и б - максимальный энергетический класс вулканических землетрясений II-III типов (Ksтах)(а) и их количества (NII-III) по четырехчасовым интервалам (б). Фазы: I - подготовки извержения, II - начальная экструзивная, III - главная эксплозивная, IV—умеренного экструзивно-эксплозивного извержения. Стрелками показаны отдельные взрывы или взрывные извержения. Появление термоаномалии 29.IV.200U. по спутниковым данным считалось началом экструзивного этапа извержения. Время UTC = камчатское летнее - 13 ч. Построено по данным каталога землетрясений КФ ГС РАН
1-я термоаномалия
/ 29Г001 II III IV
1.4 6.4 11.4 16.4 21.4 26,4 1.5 6.5 11.5 16.5 21.5 26.5 31.5
30
>.
о 20 ш
ю о
-г ю
б 1 1 1
rl 'Wj !V JLwft
14 6.4 11.4 16.4 21.4 26.4 1.5 6.5 11.5 16.5 21.5 26.5 31.5
апрель-май 2001
извержение Шивелуча 12 ноября 1964 года и умеренное пепловое извержение Безымянного, начавшееся 21 октября 1956 года (время иТС). Для сравнения показан график более слабого извержения вулкана Шивелуч в 2001 году. Перед пароксизмальным извержением вулкана Шивелуч условные деформации вначале увеличивались по экспоненциальному закону, который в полулогарифмическом масштабе аппроксимируется линейной функцией (см. рис. 4а). С 4 ноября 1964 года они нарастали катастрофическим образом, который можно аппроксимировать обратным степенным законом с асимптотой, совпадающей с моментом извержения 11 ноября 1956 года. Анализируя в оперативном варианте параметры сейсмического режима для такого вида извержений, можно прогнозировать время их начала [19]. После пароксизмального извержения график стабилизировался, что отражает резкое уменьшение сейсмичности очевидно, в результате полной разгрузки магматической системы, вызванной извержением.
Напротив, условные деформации перед началом пепло-вой фазы извержения вулкана Безымянный 21 октября 1955 года нарастали значительно медленнее по экспоненциальному закону, который сменился на монотонно нарастающий более слабый закон в связи с общей тенденцией
Рис. 4. Графики условных деформаций землетрясений,
предварявших извержения вулканов Шивелуч в 1964 г. (а), Безымянный в 1956 г. (б) и Шивелуч в 2001 г. (в). Время иТС. Стрелками на графиках показаны начала извержений: пароксизмального Шивелуча 11.XI.1964 г., начальной пепловой фазы Безымянного 21.Х.1955 г. и начальной экструзивной фазы Шивелуча 29.IV.2001 г., определенной по появлению на нем термоаномалии
снижения уровня сейсмичности. Поскольку экспоненциальная функция неограниченно нарастает и не имеет асимптоты, прогнозирование времени начала таких извержений путем анализа графика условных деформаций невозможно. Самое медленное, примерно по линейному закону, нарастание условных деформаций имело место перед началом умеренного извержения вулкана Шивелуч в 2001 году. В полулогарифмическом масштабе оно имело вид выполажива-ющейся кривой (см. рис. 4в). Величины условных деформаций для этого извержения были примерно на порядок меньше, чем для пароксизмальных извержений.
Выводы и возможная интерпретация сейсмологических данных
1. Пароксизмальные взрывы на вулканах Безымянный 30 марта 1956 года и Шивелуче 12 ноября 1964 года были связаны с крупномасштабными внедрениями свежей газонасыщенной магмы и инициированы крупными обрушениями их построек, что привело к снижению нагрузки, уменьшению избыточного давления в их магматических питающих системах, к развитию в них волн дробления и пароксизмаль-ным взрывам. В свою очередь, обрушения построек вулканов были спровоцированы нарушением их сплошности в результате растрескивания из-за крупномасштабных внедрений магмы, что сопровождалось самыми сильными вул-кано-тектоническими землетрясениями с магнитудами Mw = 5,2-5,3. Радиус очагов таких землетрясений оценивается в первые километры [19]. В силу случайности моментов обрушения крупных построек андезитовых вулканов прогнозирование вызванных ими сильных взрывных или пароксизмаль-ных фаз пока не представляется возможным, поэтому такие извержения представляют большую опасность.
2. Вид графиков условных деформаций, предваряющих вулканические землетрясения для рассмотренных трех извержений был принципиально разным. Самое «агрессивное» гиперболическое поведение было связано с подготовкой кратковременного чисто взрывного извержения Шивелуча 12 ноября 1964 года. Менее «агрессивно» по экспоненциальному закону нарастали условные деформации перед началом пепловой фазы извержения Шивелуча 21 октября 1955 года. Достаточно спокойно, по линейному закону происходил рост условных деформаций перед началом экструзивной фазы умеренного извержения Шивелуча в 2001 году. Отсюда можно сделать вывод, что скорость сейсмотектонического движения перед указанными тремя извержениями нарастала принципиально по-разному. Можно предположить, что такое различие было связано не только с различным массовым расходом интрузий магмы для этих извержений - максимальной для Шивелуча в 1964 году, умеренной для Безымянного в 1955 году и сравнительно небольшой перед извержением Шивелуча в 2001 году, - но и с наличием готовых каналов для магмы в последнем случае.
3. На основании вышесказанного можно ожидать, что большие (с объемом изверженных продуктов 1 < V < 10 км3) извержения на андезитовых вулканах Камчатки будут предваряться мощными роями вулканических землетрясений I-III типов. Оперативный анализ характера нарастания условных деформаций землетрясений может быть полезен для решения вопроса о возможности готовящегося извержения. Остается открытым вопрос, следует ли ожидать начальную экструзивно-эксплозивную фазу или сразу пароксиз-мальный взрыв.
4. Самое сильное землетрясение предварявшего роя на вулкане Безымянный 30 марта 1956 года произошло после значительного спада активности роя, что представляется нелогичным. Можно предположить, что это землетрясение было вызвано гравитационными силами и снижением прочности вмещающих магму горных пород в результате
их насыщения летучими, отделившимися от более свежих и более газонасыщенных порций магмы, которые поступили в этот момент к поверхности земли. Эти порции сменили дегазированные порции, сформировавшие новый экструзивный купол, образовавшийся на вершине вулкана в интервале 20 ноября 1955 года - 29 марта 1956 года.
5. В отличие от случая Безымянного 30 марта 1956 года, обрушение постройки и пароксизмальный взрыв на Шивелуче 12 ноября 1964-го произошел, минуя начальные эксплозивную и экструзивную фазы. Можно предположить, что это произошло вследствие существования условий закрытой системы, а также чрезвычайно высокого массового расхода внедрений, что сравнительно быстро привело к катастрофическому разрушению постройки вулкана, ее обрушению, быстрой декомпресии газонасыщенной магмы и к взрыву. Можно предположить, что такое беспрецедентное внедрение было вызвано аномальными тектоническими условиями, что выразилось в значительной сейсмической активизации в верхней мантии в районе северной группы вулканов в радиусе до 300 км от вулкана.
6. Снижение уровня сейсмической активности перед катастрофическим направленным взрывом на Безымянном 30 марта 1956 года и главной взрывной фазой на Шивелуче 19 мая 2001 года, по нашему мнению, можно объяснить влиянием следующих двух факторов: а) улучшением путей поступления магмы к поверхности земли, то есть постепенным открытием магматических систем, что приводило к снижению избыточного давления в них; б) снижением нагрузки на вмещающую среду в результате поступления более горячих, газонасыщенных, менее вязких и взрывоопасных порций магмы.
7. Значительную опасность в настоящее время на Шивелуче представляют сильные взрывные или обвально-взрывные фазы его умеренных извержений. В отличие от извержения 2001 года, которое произошло после семилетнего интервала покоя, рост внутрикратерного купола вулкана сейчас происходит почти постоянно, без больших перерывов. Поэтому на поверхность земли поступают сравнительно горячие, а следовательно, относительно маловязкие порции магмы. Продвижение таких порций магмы по каналу вулкана обычно не сопровождается явными роями вулканических землетрясений. Прогнозировать такие извержения пока не удается. Особенно опасны обвально-взрывные извержения, поскольку с увеличением высоты купола вероятность таких извержений значительно увеличилась и они происходят достаточно часто. Одним из возможных путей прогнозирования таких событий, по нашему мнению, является мониторинг вулканических землетрясений IV типа и вулканического дрожания. Рои вулканических землетрясений МП типов на Шивелуче происходят достаточно часто, что отражает интрузивные или экструзивные процессы, постоянно идущие на этом одном из крупнейших магматических центров планеты. Однако их появление, увы, не может служить предвестником сильных взрывных фаз на Шивелуче, связанных с его умеренными извержениями. Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Петрашева В.В., Иванов В.В. Вулканическая жизнь Камчатки // История и педагогика естествознания. 2014. № 2. С. 14-19.
2. Иванов В.В. Прогноз извержений вулканов на Камчатке (основные итоги 1955-2012 гг.). Ч. I // История и педагогика естествознания. 2015. № 1. С. 13-26.
3. Иванов В.В. Прогноз извержений вулканов на Камчатке (основные итоги 1955-2012). Ч. II. «Пропуски цели», «ложные тревоги» и их возможные причины // История и педагогика естествознания. 2015. № 2. С. 14-19.
4. Иванов В.В. Прогноз вулканических извержений на Камчатке: Роль экспертов // История и педагогика естествознания. 2016. № 2. С. 72-78.
5. Иванов В.В. Степенное распределение размеров вулканических извержений: Механизм аккумуляции магмы в литосфере Земли и прогноз вулканической опасности // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2018. № 5-6. C. 43-51. (in English) https://doi.org/10.24411/0131-4270-2018-1057.
6. Иванов В.В. Распределение вулканических извержений на Камчатке за последние 50 тысяч лет: геологический эффект эксплозивного вулканизма и прогнозные оценки // Транспорт и хранение нефтепродуктов и углеводородного сырья. 2019. № 3. C. 37-45 (in English). https://doi.org/10.24411/0131-4270-2019-10308.
7. Sparks R.S.J. Forecasting volcanic eruptions // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 210. P. 1-15.
8. Иванов В.В. Средне- и краткосрочные прогнозы извержений вулканов на Камчатке (1956-2012 гг.) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2013. № 2 (22). С. 98-118.
9. Алидибиров М.А. Модель высвобождения энергии при вулканических взрывах вулканского типа // Вулканология и сейсмология. 1987. № 4. С. 50-58.
10. Горшков Г.С., Богоявленская Г.Е. Вулкан Безымянный и особенности его последнего извержения 1955-1963 гг. М.: Наука, 1965. 172 с.
11. Токарев П.И. Извержения и сейсмический режим вулканов Ключевской группы. М.: Наука, 1966. 118 с.
12. McNutt, S.R. Seismic monitoring of volcanoes: A review of the state-of-the-art and recent trends // Monitoring and Mitigation of Volcanic Hazards // Ed. by Scarpa, R., R. Tilling, Chapter 3, Springer-Verlag. Berlin. 1996. P. 99-146.
13. Мелекесцев И.В., Брайцева О.А. Гигантские обвалы на вулканах // Вулканология и сейсмология. 1984. № 4. С. 14-23.
14. Богоявленская Г.Е., Брайцева О.А., Мелекесцев И.В. и др. Катастрофические извержения типа направленных взрывов на вулканах Сент-Хеленс, Безымянный, Шивелуч // Вулканология и сейсмология. 1985. № 2. С.
3-26.
15. Токарев П.И. К методике прогноза извержений вулканов Камчатки по сейсмологическим данным // Бюллетень вулканологических станций, 1977. № 53. С. 38-45.
16. Токарев П.И. Вулканические землетрясения Камчатки. М.: Наука, 1981. 164 с.
17. Tokarev P.I. The prediction of large explosions of andesitic volcanoes // Journal of geodynamics. 1985. V. 3. P. 219-244.
18. Сенюков С.Л. Прогноз извержений вулканов Ключевской и Безымянный на Камчатке. LAP Lambert Academic Publishing, 2013. 144 c.
19. Токарев П.И. Гигантское извержение вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. и его предвестники // Изв. АН СССР. Сер. Физика Земли, 1967. № 9. С. 11-22.
20. Фирстов П.П. Реконструкция динамики катастрофического извержения вулкана Шивелуч 12 ноября 1964 г. на основании данных о волновых возмущениях в атмосфере и вулканическом дрожании // Вулканология и сейсмология, 1996. № 4. С. 48-63.
21. Хубуная С.А., Жаринов Н.А., Муравьев Я.Д. и др. Извержение вулкана Шивелуч в 1993 г. // Вулканология и сейсмология, 1995. № 1. С. 3-19.
22. Федотов С.А., Двигало В.Н., Жаринов Н.А. и др. Извержение вулкана Шивелуч в мае-июле 2001 г. // Вулканология и сейсмология. 2001. № 6. С. 3-15.
23. Зобин В.М. Динамика очага вулканических землетрясений. М. Наука, 1979. 91 с.
24. Zobin V.M. Introduction to volcanic seismology. Elsevier. Amsterdam. 2011. 474p. ISBN: 9780444563750.
25. Zobin V.M. An Overview of the Dynamics of the Volcanic Paroxysmal Explosive Activity, and Related Seismicity, at Andesitic and Dacitic Volcanoes (1960-2010). Front. EarthSci., 03 May 2018 I https://doi.org/10.3389/feart.2018.00046.
26. Белоусов А.Б., Белоусова М.Г. Извержение вулкана Шивелуч в 1964 г. (Камчатка) - плинианское извержение, предварявшееся крупномасштабным обрушением постройки // Вулканология и сейсмология,1995. №
4-5. С. 116-126.
27. Белоусов А.Б., Белоусова М.Г. Отложения и последовательность событий извержения вулкана Безымянный 30 марта 1956 г. (Камчатка): отложения обломочной лавины // Вулканология и сейсмология, 1998. № 1. С. 25-40.
28. Горшков Г.С., Дубик Ю.М. Направленный взрыв на вулкане Шивелуч // Вулканы и извержения. М.: Наука, 1969. С. 3-37.
29. Newhall C.A., Self S. The volcanic explosivity index (VEI): an estimate of the explosive magnitude for historical volcanism // J. Geophys. Res. 1982. V. 87. Issue C2. P. 1231-1238.
30. Иванов В.В. Средне- и краткосрочные прогнозы извержений вулканов на Камчатке (1956-2012 гг.) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2013. № 2 (22). С. 98-118.
31. Федотов С.А. Энергетическая классификация Курило-Камчатских землетрясений и проблема магнитуд. М.: Наука, 1972. 116 с.
REFERENCES
1. Petrasheva V.V., Ivanov V.V. Volcanic life of Kamchatka. Istoriya i pedagogika yestestvoznaniya, 2014, no. 2, pp. 14-19 (In Russian).
2. Ivanov V.V. Forecast of volcanic eruptions in Kamchatka (main results of 1955-2012). Part I. Istoriya ipedagogika yestestvoznaniya, 2015, no. 1, pp. 13-26 (In Russian).
3. Ivanov V.V. Forecast of volcanic eruptions in Kamchatka (main results 1955-2012) Part II. "Missing the target", "false alarms" and their possible causes. Istoriya ipedagogika yestestvoznaniya, 2015, no. 2, pp. 14-19 (In Russian).
J
J
4. Ivanov V.V. Forecast of volcanic eruptions in Kamchatka: The role of experts. Istoriya ipedagogika yestestvoznaniya, 2016, no. 2, pp. 72-78 (In Russian).
5. Ivanov V.V. Power-law distribution of the size of volcanic eruptions: The mechanism of magma accumulation in the Earth's lithosphere and the forecast of volcanic hazard. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2018, no. 5-6, pp. 43-51 (In English).
6. Ivanov V.V. Distribution of volcanic eruptions in Kamchatka over the past 50 thousand years: the geological effect of explosive volcanism and predictive estimates. Transport i khraneniye nefteproduktov i uglevodorodnogo syr'ya, 2019, no. 3, pp. 37-45 (In English).
7. Sparks R.S.J. Forecasting volcanic eruptions. Earth and Planetary Science Letters, 2003, vol. 210, pp. 1-15.
8. Ivanov V.V. Medium and short-term forecasts of volcanic eruptions in Kamchatka (1956-2012). Vestnik KRAUNTS. Nauki o Zemle, 2013, no. 2(22), pp. 98-118 (In Russian).
9. Alidibirov M.A. Model of energy release during volcanic explosions of the volcanic type. Vulkanologiya i seysmologiya, 1987, no. 4, pp. 50-58 (In Russian).
10. Gorshkov G.S., Bogoyavlenskaya G.YE. Vulkan Bezymyannyy i osobennostiyego poslednego izverzheniya 19551963 gg. [Bezymyanny volcano and features of its last eruption 1955-1963]. Moscow, Nauka Publ., 1965. 172 p.
11. Tokarev P.I. Izverzheniya iseysmicheskiy rezhim vulkanov Klyuchevskoy gruppy [Eruptions and seismic regime of volcanoes of the Klyuchevskaya group]. Moscow, Nauka Publ., 1966. 118 p.
12. McNutt, S.R. Seismic monitoring of volcanoes: A review of the state-of-the-art and recent trends. Monitoring and mitigation of volcanic hazards. Berlin, Springer-Verlag Publ., 1996. pp. 99-146.
13. Melekestsev I.V., Braytseva O.A. Giant landslides on volcanoes. Vulkanologiya i seysmologiya, 1984, no. 4, pp. 14-23 (In Russian).
14. Bogoyavlenskaya G.YE., Braytseva O.A., Melekestsev I.V. Catastrophic eruptions of directed explosion type on St. Helens, Bezymyanny, Shiveluch volcanoes. Vulkanologiya iseysmologiya, 1985, no. 2, pp. 3-26 (In Russian).
15. Tokarev P.I. On the method of forecasting volcanic eruptions in Kamchatka by seismological data. Byulleten' vulkanologicheskikh stantsiy, 1977, no. 53, pp. 38-45 (In Russian).
16. Tokarev P.I. Vulkanicheskiye zemletryaseniya Kamchatki [Volcanic earthquakes in Kamchatka]. Moscow, Nauka Publ., 1981. 164 p.
17. Tokarev P.I. The prediction of large explosions of andesitic volcanoes. Journal of geodynamics, 1985, vol. 3, pp. 219-244.
18. Senyukov S.L. Prognoz izverzheniy vulkanov Klyuchevskoy i Bezymyannyy na Kamchatke [Forecast of the eruptions of the Klyuchevskaya and Bezymyanny volcanoes in Kamchatka]. LAP Lambert Academic Publ., 2013. 144 p.
19. Tokarev P.I. The giant eruption of Shiveluch volcano on November 12, 1964 and its precursors. Izv. ANSSSR. Cer. Fizika Zemli, 1967, no. 9, pp. 11-22 (in Russian).
20. Firstov P.P. Reconstruction of the dynamics of the catastrophic eruption of the Shiveluch volcano on November 12, 1964 based on data on wave disturbances in the atmosphere and volcanic tremors. Vulkanologiya iseysmologiya, 1996, no. 4, pp. 48-63 (In Russian).
21. Khubunaya S.A., Zharinov N.A., Murav'yev YA.D., Ivanov V.V. Eruption of Shiveluch volcano in 1993. Vulkanologiya i seysmologiya, 1995, no. 1, pp. 3-19 (In Russian).
22. Fedotov S.A., Dvigalo V.N., Zharinov N.A., Ivanov V.V. The eruption of Shiveluch volcano in May-July 2001. Vulkanologiya i seysmologiya, 2001, no. 6, pp. 3-15 (In Russian).
23. Zobin V.M. Dinamika ochaga vulkanicheskikh zemletryaseniy [Dynamics of the focus of volcanic earthquakes]. Moscow, Nauka Publ., 1979. 91 p.
24. Zobin V.M. Introduction to volcanic seismology. Amsterdam, Elsevier Publ., 2011. 474 p.
25. Zobin V.M. An Overview of the dynamics of the volcanic paroxysmal explosive activity, and related seismicity, at andesitic and dacitic volcanoes (1960-2010). Front. EarthSci., 2018. Available at: https://doi.org/10.3389/feart.2018.00046.
26. Belousov A.B., Belousova M.G. The eruption of Shiveluch volcano in 1964 (Kamchatka) - Plinian eruption, preceded by a large-scale collapse of the building. Vulkanologiya iseysmologiya,1995, no. 4-5, pp. 116-126 (In Russian).
27. Belousov A.B., Belousova M.G. Deposits and sequence of events of the Bezymyanny volcano eruption on March 30, 1956 (Kamchatka): debris avalanche deposits. Vulkanologiya iseysmologiya, 1998, no. 1, pp. 25-40 (In Russian).
28. Gorshkov G.S., Dubik YU.M. Napravlennyy vzryvna vulkane Shiveluch. Vulkany iizverzheniya [Directional explosion on Shiveluch volcano. Volcanoes and eruptions]. Moscow, Nauka Publ., 1969. pp. 3-37.
29. Newhall C.A., Self S. The volcanic explosivity index (VEI): an estimate of the explosive magnitude for historical volcanism. J. Geophys. Res., 1982, vol. 87, no. C2, pp. 1231—1238.
30. Ivanov V.V. Medium and short-term forecasts of volcanic eruptions in Kamchatka (1956-2012). Vestnik KRAUNTS. Nauki o Zemle, 2013, no. 2(22), pp. 98-118 (In Russian).
31. Fedotov S.A. Energeticheskaya klassifikatsiya Kurilo-Kamchatskikh zemletryaseniy i problema magnitud [Energy classification of Kuril-Kamchatka earthquakes and the problem of magnitudes]. Moscow, Nauka Publ., 1972. 116 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Иванов Виктор Васильевич, к.г.-м.н., с.н.с. лаборатории геодинамики и палеотектоники, Институт вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения Российской академии наук.
Viktor V. Ivanov, Cand. Sci. (Geol.-Min.), Senior Researcher, Institute of Volcanology and Seismology ofFar East Division, Russian Academy of Sciences.
