Лаборатория сейсмического мониторинга

Грант РФФИ 13-05-00117

Развитие моделей глубинного строения земной коры в районах современной вулканической и гидротермальной активности по результатам зондирования с использованием естественного поля микросейсм

Исполнители проекта:

Руководитель: Кугаенко Юлия Александровна (КФ ГС РАН)

Воропаев Пётр Валентинович (КФ ГС РАН)

Горбатиков Андрей Вениаминович (ИФЗ РАН)

Коновалова Анна Александровна (КФ ГС РАН)

Салтыков Вадим Александрович (КФ ГС РАН)

Степанова Марина Юрьевна (ИФЗ РАН)

Цуканов Алексей Алексеевич (ИФЗ РАН)

         Наиболее значимые результаты Проекта в основном отражены в восьми статьях в рецензируемых журналах, семь из которых опубликованы и одна сдана в печать в 2015 г.

         Основные объекты исследований 2013-2015 гг. – Узон-Гейзерная вулкано-тектоническая депрессия и Толбачинский Дол (область моногенного вулканизма в южной части Ключевской группы вулканов) на Камчатке. Отметим, что Трещинное Толбачинское извержение 2012-2013 гг. потребовало корректировки исследований, запланированных на стадии заявки проекта, и мы стали ориентироваться на то, чтобы извлечь как можно больше новой сейсмологической информации из зоны извержения. В итоге Проект объединяет основные результаты сейсмологических исследований этого грандиозного извержения.

         В рамках развития методических основ технологии микросейсмического зондирования на основе численных экспериментов изучено влияние коэффициента Пуассона материала неоднородности на ее восстанавливаемое изображение в поле микросейсм. Показано, что наблюдаемый в экспериментах эффект кажущегося сверхразрешения в методе микросейсмического зондирования, заключающийся в раздельном проявлении двух глубинных вертикальных объектов в поле длинных сейсмических волн, может существовать, если коэффициент Пуассона среды в этих включениях близок к нулю. Физически это может означать наличие обширных зон микротрещинноватости, что характерно для тектонически активных районов, в том числе вулканических областей.

        По данным микросейсмического зондирования построена глубинная модель среды под районом Узон-Гейзерной вулкано-тектонической депрессии и прилежащего к ней вулканического массива Кихпиныч (Камчатка) до глубины 30 км вдоль трех профилей общей длиной около 28 км. Идентифицирована и пространственно локализована область малоглубинного закристаллизовавшегося магматического очага под депрессией. Выявлены области предположительной концентрации базальтовых расплавов, с которыми может быть связана наблюдающаяся в последние ~ 15 лет локальная геодинамическая активизация исследуемого района. Геометрия обнаруженных глубинных структур согласуется с локальной микросейсмичностью и моделью современного магматического внедрения в верхние горизонты коры, разработанной по данным спутниковой интерферометрии.

        По данным региональной (1999-2013 гг.) и временной локальной сети (январь-октябрь 2013 г.) исследована сейсмичность, предварявшая и сопровождавшая новое Толбачинское извержение. В результате анализа параметров сейсмичности выявлена предвестниковая сейсмическая активизация, синхронная с выявленной по GPS данным деформационной аномалией. Это дало возможность оценить время пробуждения вулкана, которое составило 4-5 месяцев.

        Анализ отношения амплитуд огибающих сейсмических записей позволил выявить два эпизода миграции магмы на начальной стадии извержения.

        По результатам микросейсмического зондирования построены 2-D и 3-D модели строения среды под центральной частью Толбачинского Дола (южная часть Ключевской группы вулканов). По данным микросейсмической съемки 2013-2015 гг. построены глубинные разрезы распределения относительных скоростей поперечных сейсмических волн вдоль профиля, пересекающего трещину Толбачинского извержения 2012-2013 гг. Динамика аномалий отражает изменения в магматической питающей системе извержения.

        В 2013-2015 гг. организованы и проведены три экспедиции в район нового Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг.  для выполнения микросейсмической съемки, заложения дополнительных микросейсмических профилей и исследования локальной сейсмичности.

ЭКСПЕДИЦИИ ПО ТЕМАТИКЕ ПРОЕКТА, ПОДДЕРЖАННЫЕ РФФИ

2013 г.

Научный проект РФФИ № 13-05-10033

Руководитель: к.ф.-м.н. Ю.А. Кугаенко

Участники полевых работ: Кугаенко Ю.А., Воропаев П.В., Кравченко Н.М., Коновалова А.А., Макаров Е.О., Махмудов Е.Р.

По результатам работы комплексной экспедиции подготовлена статья  >>>>>

2014 г.

Научный проект РФФИ № 14-05-10053

Руководитель: к.ф.-м.н. Ю.А. Кугаенко

Участники полевых работ: Кугаенко Ю.А., Абкадыров И.Ф., Воропаев П.В., Кравченко Н.М., Коновалова А.А., Салтыков В.А.

В 2014 г. была проведена повторная регистрация в 40 точках микросейсмической съемки 2013 г. Затем полигон был значительно расширен: в 2014 г. измерения были выполнены в 130 точках. Был пройден профиль на вершину вулкана Плоский Толбачик.

Полигон микросейсмической съемки 2010-2014 гг. в районе Толбачинского Дола (южная часть Ключевской группы вулканов) можно посмотреть здесь:   >>>>>

В ходе экспедиции в середине июля 2014 г. в южной части Ключевской группы вулканов была развернута временная сеть из пяти автономных широкополосных сейсмических станций GURALPCMG-6TD. Расстановка была ориентирована на усиление региональной системы сейсмологических наблюдений в районе закончившегося Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. и южной части Ключевской группы вулканов в целом для получения новых данных о сейсмичности на более низком энергетическом уровне, чем это позволяет камчатская региональная сеть. Сеть работал до 01.10.2014 г.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

Кугаенко Ю.А., Салтыков В.А., Горбатиков А.В., СтепановаМ.Ю. Особенности глубинного строения района Северного прорыва Большого трещинного Толбачинского извержения 1975-1976 гг. по данным микросейсмического зондирования // Вулканология и сейсмология. 2013. № 5. С. 23-39.

Кугаенко Ю.А., Фирстов П.П., Воропаев П.В., Махмудов Е.Р., Макаров Е.О., Коновалова А.А. Комплексная геофизическая экспедиция в район Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле, 2013. № 2. Вып. 22 С.225-231.

Кугаенко Ю.А., Салтыков В.А., Горбатиков А.В., Степанова М.Ю. Развитие модели района Узон-Гейзерной  вулкано-тектонической депрессии и вулкана Кихпиныч (Камчатка) по результатам совместного анализа данных микросейсмического зондирования и локальной геодинамической активности // Физика Земли. 2015. № 3. С. 89-101.

Цуканов А.А., Горбатиков А.В. Метод микросейсмического зондирования: влияние аномальных значений коэффициента Пуассона и оценка величины нелинейных искажений // Физика Земли. 2015. № 4. С. 94-102.

Кугаенко Ю.А., Титков Н.Н., Салтыков В.А., Воропаев П.В. Анализ подготовки Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. в параметрах сейсмичности и деформаций земной коры по данным системы комплексного мониторинга активности вулканов Камчатки //  Вулканология и сейсмология. 2015. № 4. С. 40-58.

Kugaenko Yu., Titkov N., Saltykov V. Constraints on unrest in the Tolbachik volcanic zone in Kamchatka prior the 2012-13 flank fissure eruption of Plosky Tolbachik volcano from local seismicity and GPS data // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2015. Volume 307, 1 December 2015, Pages 38–46. doi:10.1016/ j.volgeores.2015.05.020

Caudron Corentin; Taisne Benoit; Kugaenko Yulia; Saltykov Vadim. Magma migration at the onset of the 2012-13 Tolbachik eruption revealed by Seismic Amplitude Ratio Analyses // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2015. Volume 307, 1 December 2015, Pages 60–66.  doi:10.1016/ j.volgeores.2015.09.010   http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0377027315002887   

Кугаенко Ю. А., Салтыков В. А., Абкадыров И. Ф., Воропаев П. В. Временные сейсмологические наблюдения в районе Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. и их результаты // Вулканология и сейсмология. В печати.

Кугаенко Ю.А. Сейсмологические исследования Трещинного Толбачинского извержения 2012-2013 гг. // Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России. Труды Пятой научно-технической конференции. Петропавловск-Камчатский, 27 сентября – 3 октября 2015 г. Обнинск: ГС РАН, 2015. С. 168-171.