Вулканология и сейсмология, 2024, № 2
научный журнал
Покупка
Новинка
Издательство:
Наука
Наименование: Вулканология и сейсмология
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 120
Дополнительно
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Российская академия наук ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024 Март–Апрель Журнал основан в январе 1979 г. Выходит 6 раз в год ISSN: 0203-0306 Журнал издается под руководством Отделения наук о Земле РАН Главный редактор А.Л. Собисевич член-корреспондент РАН Редакционная коллегия: Э. Пападимитроу (Греция) профессор Д.А. Преснов (ответственный секретарь) кандидат ф.-м.н. М.В. Родкин доктор ф.-м.н. А.В. Рыбин кандидат г.-м.н. С.Н. Рычагов доктор г.-м.н. В.А. Салтыков доктор ф.-м.н. Р. Скандоне (Италия) профессор П.Н. Шебалин (заместитель главного редактора) член-корр. РАН В.В. Ярмолюк академик РАН А.В. Кирюхин доктор г.-м.н. А.И. Кожурин доктор г.-м.н. В.Г. Кособоков доктор ф.-м.н. Г.Г. Кочарян доктор ф.-м.н. Л.И. Лобковский академик РАН А.А. Маловичко член-корр. РАН А.И. Малышев кандидат г.-м.н. О.А. Мельник член-корр. РАН Я.Д. Муравьев кандидат географ.н. А.Ю. Озеров член-корр. РАН Д. Пайл (Великобритания) доктор Дж. Ф. Панза (Италия) профессор, иностранный член РАН И.С. Владимирова кандидат ф.-м.н. А.В. Волков (заместитель главного редактора) член-корр. РАН Ю.В. Габсатаров кандидат ф.-м.н. Е.И. Гордеев (заместитель главного редактора) академик РАН И.Ф. Делемень (заместитель ответственного секретаря) кандидат г.-м.н. Б.А. Дзебоев доктор ф.-м.н. В. Жонлиан (Китай) профессор А.Д. Завьялов доктор ф.-м.н. А.Т. Исмаил-Заде (Германия) доктор ф.-м.н. Г.А. Карпов доктор г.-м.н. Зав. редакцией Т. A. Денисова Адрес редакции: 123242 Москва, ул. Большая Грузинская, 10, стр. 1, ИФЗ РАН, e-mail: volcanology@inbox.ru 683006 Петропавловск-Камчатский, бульвар Пийпа, 9, Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, тел. (4152) 29-77-17 ФГБУ «Издательство «Наука» © Российская академия наук, 2024 © Редколлегия журнала “Вулканология и сейсмология” (составитель), 2024
СОДЕРЖАНИЕ Номер 2, 2024 Извержения вулкана Ключевской (Камчатка) в 2019–2021 гг. Н. А. Жаринов, Ю. В. Демянчук 3 Магнитуды сейсмических событий, индуцированных инжекциями флюидов в земной коре А. В. Кирюхин, Y. Fujii, B. A. Alam, Е. В. Черных 14 Квазилинейные цепочки землетрясений в группах сейсмических событий Байкальской рифтовой системы А. А. Какоурова, В. И. Джурик, Е. В. Брыжак, В. М. Демьянович 24 Формирование химического состава воды р. Карымская под влиянием гидротермальной и вулканической деятельности (п-ов Камчатка) Е. Г. Калачева, Д. В. Мельников, А. А. Долгая, Е. В. Волошина 40 Первые данные о минералогии эпитермального серебряно-золоторудного проявления Эвевпента (Камчатка, Россия) П. С. Жегунов, А. В. Кутырев, Е. С. Житова, С. В. Москалёва, П. Е. Швейгерт 59 Внемантийные генетические типы алмаза и перспективы Камчатской алмазоносной провинции России В. И. Силаев, Г. А. Карпов, А. Г. Дёмин, Л. П. Аникин, Л. П. Вергасова, В. Н. Филиппов, И. В. Смолева, Е. А. Васильев, А. Е. Сухарев, Б. А. Макеев, А. Ф. Хазов 78 Рудные элементы и минералы в возгонах вулкана Алаид (Курильская островная дуга) В. В. Петрова, В. А. Рашидов, А. Б. Перепелов, В. И. Силаев, Л. П. Аникин, Н. В. Горькова, В. В. Михеев 93
ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ, 2024, № 2, с. 3–13 УДК 551.21 ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ (КАМЧАТКА) в 2019–2021 гг. © 2024 г. Н. А. Жаринов*, Ю. В. Демянчук Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, бульвар Пийпа, 9, Петропавловск-Камчатский, 683006 Россия *e-mail: nzhar@kscnet.ru Поступила в редакцию 27.07.2023 г. После доработки 31.08.2023 г. Принята к публикации 06.12.2023 г. Приведены данные об объемах извергнутых продуктов побочных и вершинных извержений в период с 1932 по 1989 гг. Показано преобладание объемов продуктов побочных извержений над вершинными, произошедшими в этот период. Рассматриваются изменения характера извержений в дальнейшем. С 1932 по 1989 гг. на вулкане происходили вершинные и побочные извержения, с 1990 по 2016 гг. – только вершинные. Изменения наступили в 2016 г., когда вновь возобновились побочные прорывы на склонах вулкана. Отмечается характерная особенность: после окончания всех вершинных извержений происходило образование провалов в центральном кратере. Приводятся характеристики провалов. Образование провалов связывается с изменениями плотности и объемов магмы при ее подъеме к дневной поверхности. Приводятся данные о вершинных извержениях 2019–2021 гг. и побочном извержении им. Г.С. Горшкова 2021 г. Представлены новые данные об изменениях морфологии вершинного кратера в ходе извержений и провалах в кратере после завершения извержений. Ключевые слова: вулкан Ключевской, вершинные и побочные извержения, провалы в вершинном кратере, эксплозивная и эффузивная деятельность DOI: 10.31857/S0203030624020019, EDN: MQOSFD ВВЕДЕНИЕ вершинных и побочных извержений оценивается 100:1, т.е. вклад побочных извержений в формирование вулкана составляет всего 1% [Озеров, 2019]. В то же время в активный период 1932–1989 гг., когда происходили одновременно и вершинные, и побочные извержения, всеми вершинными извержениями было извергнуто 450 млн м3 лавы и 326 млн м3 пирокластики (общий весовой объем 1516 млн т). Отношение объемов лав и пирокластики равно 0.72. Крупнейший базальтовый вулкан Камчатки – Ключевской (56˚.1 с.ш., 160˚.6 в.д.) характеризуется вершинными и побочными извержениями на его склонах (рис. 1). В настоящее время получены точные данные о 19 побочных и 20 вершинных извержениях, произошедших за период с начала систематического изучения вулкана Ключевской с 1935 г. Можно выделить определенные циклы в извержениях вулкана. Побочные прорывы поднимались с высоты 450 м в 1932 г. до высоты 4200 м в 1989 г. [Федотов, Жаринов, 2007]. В течение 26 лет, с 1990 по 2016 гг., на вулкане происходили только вершинные извержения [Жаринов, Демянчук, 2016]. Существуют две точки зрения на вклад вершинных и побочных извержений в формировании постройки вулкана и расход изверженных продуктов. По одной версии, соотношение При всех побочных извержениях за это же время было извергнуто 763 млн м3 лав и 63 млн м3 пирокластики (общий весовой объем 1984 млн т). Отношение лав и пирокластики равно 0.08. В целом в 1932–1989 гг. во время побочных извержений было извергнуто 57% общего веса их продуктов и за это же время от вершинных извержений поступило 43%. Объем изверженного материала от побочных извержений превышал объем 3
ЖАРИНОВ, ДЕМЯНЧУК Рис. 1. Общий вид на вулкан Ключевской (вид с северо-востока). На переднем плане видны шлаковые конусы побочных прорывов. Фото Ю.В. Демянчука. ПЕРЕСТРОЙКА ДИНАМИКИ ИЗВЕРЖЕНИЙ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА от вершинных извержений. Вершинные извержения этого периода были преимущественно эксплозивно-эффузивные, во время побочных извержений наблюдалась слабая эксплозивная деятельность и излияние лавы из трещин, возникших в ходе извержения [Федотов, Жаринов, 2007]. Таким образом, интервал времени с 1932 по 1989 гг., когда происходили почти непрерывно вершинные извержения, сопровождаемые или одновременно с побочными прорывами на склонах вулкана, можно считать исключительным в развитии вулкана. Изменения в характере деятельности вулкана начали происходить в 2016 г. После серии глубоких землетрясений І–ІІ типа 25 февраля–19 марта в кратере вулкана появилось зарево от раскаленных бомб, что свидетельствовало о начале нового вершинного извержения. В ходе вершинного извержения 2016 г. в восточном Апахончичском желобе произошел обвал, а вслед за ним на отметке 4600 м началось субтерминальное побочное извержение им. Е.К. Мархинина. После 26-летнего перерыва на склоне вулкана вновь образовался побочный прорыв [Жаринов и др., 2018]. Изучение вклада вершинных и побочных извержений в формирование Ключевского вулкана важно при изучении петрологии базальтов. Отметим, что во время вершинных извержений на дневную поверхность, согласно классификации А.Ю. Озерова [2019], поступают высокоглиноземистые андезибазальты, а во время побочных извержений – глиноземистые и магнезиальные андезибазальты, а также высокомагнезиальные базальты [Озеров, 2019]. Из расчетов установлено свойство магматической питающей системы вулкана: одинаковое избыточное давление необходимо для подъема магм как по центральному выводному каналу к вершинному кратеру, так и по радиальным дайкам к жерлам побочных извержений [Федотов, 2006]. Причиной подъема магм в питающей ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024
ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ (КАМЧАТКА) В 2019–2021 гг. 5 Рис. 2. Изменение высот дна кратера и вершины вулкана Ключевской относительно уровня моря за 1968–2022 гг. 1 – побочное извержение; 2 – вершинное извержение; 3 – провалы вершинного кратера; 4 – высота дна вершинного кратера и его вершины; 5 – уровень лавы при заполненном продуктами извержений кратере и начале излияния лавы на склоны вулкана. системе вулкана является избыточное давление, определяемое соотношением: ( ) ( ) м с P h gh, ∆ ρ ρ = - будет происходить в направлении наименьшего сопротивления. Для вулканов непрерывного действия, таких как Ключевской и Шивелуч [Федотов, 1991], в связи с постоянной вулканической активностью вероятность “засорения” основного питающего канала маловероятна, поэтому сопротивление движению магмы в нем минимально. Из этого следует, что вероятность извержений через вершинный кратер больше, чем появление побочных прорывов. Очевидным является факт того, что побочные прорывы будут происходить на больших высотах, где расстояния от основного канала до земной поверхности меньше, и меньше путь внедрения магмы по боковым дайкам и трещинам. где ρм – плотность магмы, ρс – плотность окружающих пород, g – ускорение силы тяжести, h – глубина. Это соотношение определяет минимальную величину избыточного давления. Для перемещения магмы по подводящему каналу или ответвлениям от него требуется дополнительное давление [Федотов, 2006]. Внедрение даек в толще коры происходит в случае, если избыточное давление равно 100–200 бар и более. Такое избыточное давление возникает на глубинах 2–6 км в нижних слоях вулканогенно-осадочного слоя, где плотность магмы становится близкой плотности окружающих пород. Здесь создаются условия для внедрения магмы, образования силлов и даек. После окончания побочных прорывов, с 1990 по 2016 гг., на вулкане происходили только вершинные извержения. Существует мнение, что одноразовые каналы побочных извержений образуются в результате перекрытия генерального магмавода. Такие перекрытия могут образовываться при проседании конуса вулкана, смещениях пород при землетрясениях [Озеров, 2019]. Движение магмы в питающем канале можно рассматривать как движение жидкости, обладающей большой вязкостью. Тогда перемещение магмы (жидкости) под давлением ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024
ЖАРИНОВ, ДЕМЯНЧУК Таблица 1. Характеристики провалов на вулкане Ключевской в 1994–2022 гг. Объем провала, км3 H ‒ глубина, м Расход, км3/ год Форма провала Время провала, гг. Диаметр низа провала, м Диаметр верха провала, м V1 1994‒2002 200 400 0.074 400 0.0093 Усеченный конус V2 2007 - 700 0.011 110 0.0100 Конус V3 2011 100 350 0.007 250 0.0058 Усеченный конус V4 2021‒2022 100 350 0.013 300 - Усеченный конус С таким предположением можно согласиться частично, так как множество провалов, происходящих с 1993 по 2015 гг., не сопровождались побочными прорывами (рис. 2). провального кратера, существующего в настоящее время, может произойти через 1.6 года. По уровню проседания в кратере, т.е. глубине провалов, можно определить высоту подъема жидкой лавы в питающем канале вулкана. АКТИВНОСТЬ КЛЮЧЕВСКОГО ВУЛКАНА В НОЯБРЕ 2019 – ФЕВРАЛЕ 2021 гг. Крупные события на Ключевском вулкане в 1968–2022 гг. завершались проседанием магматической колонны и образованием провалов в вершинном кратере. По-видимому, на провалы в кратере главное влияние имеют процессы, происходящие непосредственно в питающем канале: изменение магматического давления и изменение плотности магмы. Плотность жидких магм близка 2.2–3.0 г/см3, что примерно на 10% меньше плотности твердого корового или мантийного вещества, из которого выплавляется магма. Разница плотностей обусловлена расширением вещества при плавлении. После окончания извержения 2016 г. на вершине вулкана образовался кратер-провал диаметром около 100 м и глубиной порядка 300 м. Его объем, по нашим оценкам, был равен примерно 0.003 км3. Появление свечения и стромболианские взрывы в центральном кратере 11 ноября 2019 г., обнаруженные по видео- и визуальным наблюдениям из пос. Ключи, можно считать началом нового вершинного извержения Ключевского вулкана (рис. 3а). Извержение состояло из двух эксплозивно-эффузивных этапов эруптивной деятельности вершинного кратера и третьего этапа – работы нового побочного прорыва. Первый этап с 11.11.2019 по 28.06.2020 гг. был самым продолжительным – 230 дней; второй с 02.10.2020 по 08.02.2021 гг. – 129 дней. В завершение, на третьем этапе на северо-западном склоне вулкана с 18 февраля по 20 марта 2021 г. происходил новый побочный прорыв. Прорыв был назван в честь известного вулканолога члена-корреспондента АН СССР Г.С. Горшкова. В рассматриваемые годы наибольший провал образовался после окончания пароксизмального вершинного извержения 7 сентября–2 октября 1994 г. Терминальное извержение 1994 г. относится к числу наиболее мощных вершинных извержений Ключевского вулкана, оно сопоставимо с терминальным извержением 1944–1945 гг. [Токарев, 1966]. Глубина провала от верхней кромки кратера после 1994 г. была близка 450 м. В дальнейшем провалы после завершения вершинных извержений происходили в 2006, 2009, 2016–2019, 2021–2022 гг. Была выполнена оценка объемов кратеров после провалов 1994–2002, 2006, 2009, 2021–2022 гг. и определены скорости заполнения трех первых названных (табл. 1). Получены расходы изверженных продуктов для первых трех провалов: 0.0093 км3/год, 0.0100 км3/год, 0.0058 км3/год (см. табл. 1). При среднем расходе 0.0083 км3/год заполнение В период с декабря 2019 по февраль 2020 гг. над кратером вулкана Ключевской временами отмечались свечение и слабая стромболианско-вулканская активность (см. рис. 3б). По наблюдениям из пос. Ключи повышенная стромболианско-вулканская деятельность периодически продолжалась далее с начала марта ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024
ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ (КАМЧАТКА) В 2019–2021 гг. 7 Рис. 3. Характерные моменты І этапа извержения (11.11.2019–28.06.2020 гг.). а – начало извержения 11 ноября 2019 г.; б – усиление активности 20 января 2020 г.; в – мощная стромболианская активность с выбросом бомб до 1.5 тыс. м 8 марта 2020 г.; г – стромболианская активность 12 апреля, высота выброса бомб до 600–800 м; д – стромболианская активность и излияние лавовых потоков по Апахончичскому желобу 21 апреля 2020 г.; е – продолжение стромболианской деятельности и излияние лавовых потоков по Апахончичскому желобу 10 мая 2020 г.; ж – излияние лавовых потоков по Апахончичскому желобу, на заднем плане виден шлаковый конус высотой до 50 м; з – вид на Апахончичский желоб с юго-востока, на переднем плане контуры отложений новых лавовых потоков извержения 30 мая 2020 г. Фото Ю.В. Демянчука. ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024
ЖАРИНОВ, ДЕМЯНЧУК землетрясения. Появление землетрясений ІІ– ІІІ, а затем и глубоких І типа (см. рис. 4б, 4в), свидетельствовало об оттоке магмы в подводящем канале. до конца мая 2020 г. В это время кратковременные усиления и ослабления стромболианской активности в вершинном кратере сопровождались мощными выбросами раскаленных бомб над кратером: 04.03, 08.03, 20.03, 04.04, 10‒13.04, 21.04, 04.05, 10‒15.05 (см. рис 3в‒3ж). Периоды усиления и ослабления деятельности вулкана изменялись в пределах 1–2 недель. Излияние лавы на склоны вулкана также сопровождалось увеличением вулканического дрожания (ВД) (см. рис. 4д). К 20 марта 2020 г. ВД на сейсмостанции CIR скачкообразно возросло до 10–20 мкм/с и 10 апреля достигло своего максимума 32 мкм/с, после чего постепенно пошло на спад. Шлейфы с пеплом отмечались 6, 21–22 и 30 января, 4 и 23 февраля, 2, 8–10, 12, 15, 19–20, 25–30 марта, 6–22, 26–30 апреля. Шлейфы формировались во время пепловых выбросов над кратером вулкана. Высоты таких выбросов изменялись от 5.0 до 6.5 тыс. м. Направление распространения пеплов было преимущественно на восток. Усиление выбросов пепла продолжалось в мае: 2, 8, 10, 13, 15–17, 21–22, 25–26, 28–29 и 31. Резкое усиление частоты и мощности стромболианских и вулканских взрывов отмечалось 8 марта (см. рис. 3в). В ночное время в кратере наблюдали от 7 до 29 сильных взрывов в час с высотой выброса раскаленных бомб до 500 м над кратером, а также более слабые взрывы (по данным видеозаписей Камчатской вулканологической станции, п. Ключи) [Озеров и др., 2020]. Внедрение даек и других пластовых интрузий является главной причиной землетрясений, происходящих в активные периоды деятельности вулкана. В 2019–2021 гг. сейсмическая активность происходила по-прежнему в интервале глубин 20–35 км, на глубинах 0–5 км, и в постройке вулкана. Во время усиленной вулканической деятельности, с выбросами раскаленных бомб и пепла, наблюдалось увеличение амплитуды вулканического дрожания (ВД) с 0.5 мкм/с до 10–12 мкм/с и последующий спад до нуля к окончанию активной фазы (рис. 4д). По данным сейсмостанции “Цирк” увеличение амплитуды ВД стало возрастать с начала февраля c 0.5–2 мкм/с до 3–5 мкм/с (см. рис. 4д). 17 апреля 2020 г. активность Ключевского вулкана находилась на умеренном уровне, над кратером наблюдался шлейф белого цвета, распространявшийся на высоте до 500 м в северо-восточном направлении. 18 апреля 2020 г. с 19:47 до 20:02 местного времени серией обвалов была разрушена юго-восточная стенка кратера. От взаимодействия лавы со льдом, покрывающей склоны вулкана, обвалы сопровождались образованием фреатических взрывов. При этом возникали протяженные грязевые потоки (лахары). В это же время происходили мощные обвалы и камнепады, связанные с разрушением лавового потока извержения 2016 г. Одновременно в центральном кратере отмечались частые стромболианские взрывы с выбросом раскаленных лавовых фрагментов. Протяженность лавового потока по Апахончичскому ЮВ желобу на 13.12.2020 г. составляла 2.8 км, азимут распространения 148˚, а протяженность отложений грязекаменных потоков 4.5 км. При движении лавового потока по Апахончичскому желобу отмечались многочисленные ответвления потоков лавы от основного русла (рис. 5з). По спутниковым данным 2 мая в восточной части кратера Ключевского вулкана было зафиксировано появление небольшого шлакового конуса. 14 мая из пос. Ключи в кратере были четко видны три центра стромболианской активности. По наблюдениям со станции “Апахончич” 30 мая 2020 г. над юго-восточной кромкой вершинного кратера стала видна вершина восточного шлакового конуса. Его высота составляла около 20 м, диаметр основания 140 м, объем 165 тыс. м3. После начала извержения сейсмичность перемещалась в верхние горизонты земной коры и в постройку вулкана (см. рис. 4а–4г). С окончанием активных фаз происходил обратный процесс: постепенно уменьшалось количество поверхностных землетрясений, увеличивалось число землетрясений ІІ–ІІІ типа в промежуточной зоне и вновь появлялись глубокие С 10–12 мая на сейсмостанции CIR сохранилась тенденция к понижению ВД, его уровень снизился к концу июня до 3–4 мкм/с. После прекращения в первых числах июля ВД ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024
ИЗВЕРЖЕНИЯ ВУЛКАНА КЛЮЧЕВСКОЙ (КАМЧАТКА) В 2019–2021 гг. 9 а б в г д Рис. 4. Суточные характеристики сейсмической и вулканической активности вулкана Ключевской в 2019–2021 гг. а ‒ изменение высоты парогазовых (светлые линии) и газо-пепловых выбросов (темные линии); б – число вулканических землетрясений I‒II типа; в – число вулканических землетрясений II‒III типа; г – число вулканических землетрясений IV типа; д – среднее значение вулканического дрожания Аср/Т (мкм/с). Тип землетрясений дан по классификации П.И. Токарева. Характеристики сейсмической активности приведены по данным КФ ФИЦ ЕГС РАН. 1 – вершинные извержения, 2 – побочные извержения. ВУЛКАНОЛОГИЯ И СЕЙСМОЛОГИЯ № 2 2024