Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Девятнадцатая международная конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»

XIX.G.136

Возможные причины активизации вулкана Корякский в 2008-2009 г по данным спутниковой радарной интерферометрии

Михайлов В.О. (1,2), Волкова М.С. (1), Тимошкина Е.П. (1), Шапиро Н.М. (1,3), Смирнов В.Б. (2,1)
(1) Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Москва, Россия
(2) МГУ имени М.В. Ломоносова, физический факультет
(3) Institut des Sciences de la Terre, Université Grenoble Alpes, CNRS
Корякский стратовулкан расположен в южной части полуострова Камчатка. Это наиболее крупный вулкан в Авачинско-Корякской группе вулканов (АКГВ), расположенных в непосредственной близости от г. Петропавловск-Камчатский - крупнейшего города полуострова. Изучение вулканических и сейсмических процессов, происходящих в районе АКГВ, периодов и причин их активизации, прогноз извержений критически важны для жителей этой наиболее плотно заселенной части полуострова.
Последние извержения вулкана Корякский начались в ноябре 2008 г., но уже с марта 2008 г., в районе вулкана стала регистрироваться высокая сейсмическая активность (максимальный энергетический класс Kmax= 8), которая продолжалась и в 2009 году. Столь значительное количество сейсмических событий наблюдалось впервые с ноября 1992 г. Фумарольная деятельность протекала с переменной активностью и своего максимума достигла в марте - апреле 2009 г. Действия фумарол сопровождались активным выбросом пепла на протяжении всего периода извержения, что свидетельствует о том, что магма могла близко подходить к поверхности вулкана. Видимый шлейф поднимался на высоту до 5.5 км и простирался на расстояния более 600 км (Гирина и др., 2010).
Методы радарной интерферометрии впервые позволили определить смещения склонов вулкана Корякский в период его последней активизации. Для этого были использованы снимки японского спутника ALOS-1, выполнявшего радарную съемку в L-диапазоне длин волн (~23.6 см). Надо отметить, что применение технологий радарного спутникового мониторинга на территории Камчатского региона осложняется горным рельефом местности, наличием густой растительности летом и снега большую часть года. В этом случае для методов дистанционного зондирования радар L-диапазона имеет свои преимущества, поскольку, чем больше длина волны λ, тем лучше проникающая способность излучения и, соответственно, меньше сказывается на качестве результата обработки временная декорреляция, связанная с влиянием атмосферных помех, снегового покрова, растительности и т. д. Для выбранного региона АКГВ были рассчитаны интерферограммы для различных пар снимков, полученных из архива японского космического агентства JAXA. Наилучший результат получился для пары 16.08.2007 и 06.10.2009, интервал съемки которых полностью покрывает период извержения. Были выявлены смещения северо-западного склона вулкана до +25 см в направлении на спутник. Важно, что в момент съемки снежный покров на значительной части склонов практически отсутствовал.
Причины смещений зависят от того, с чем была связана активизация вулкана. Часть исследователей объясняла активизацию вулкана Корякский с процессами в магматическом очаге, утверждая, что это извержение связано с подъемом магмы и ее внедрением на глубину 10 - 14 км в примыкающий к вулкану с севера субмеридиональный разлом (Иванов, 2010). Другая гипотеза заключалась в том, что активизация 2008-2009 годов непосредственно не связана с движением магмы в вулканическом очаге, а вызвана растрескиванием прогретых пород фундамента вулкана и проникновением подземных вод в зону высоких температур (Максимов и др., 2011; Аникин и др., 2011; Гирина и др., 2010). Вопрос, с чем связана активизация вулкана и есть ли свидетельства подъема магмы под вулканическую постройку, весьма актуален не только для понимания динамики вулканических процессов, но и для прогноза дальнейшего развития событий и их опасности для населения, инфраструктуры и авиации.
Для интерпретации поля смещений было использовано решение (Okada, 1985) о деформации поверхности упругого полупространства в результате смещений по расположенной в нем прямоугольной трещине. В общем случае вектор смещений включает три компоненты: расширение, сброс или надвиг параллельно падению и сдвиг параллельно простиранию. Проблема применения этого решения в нашем случае состоит в том, что оно получено для смещений по трещине, расположенной в упругом полупространстве с горизонтальной свободной поверхностью. В пределах области смещений на вулкане Корякский высота рельефа меняется от 1300 м до 3450 м, поэтому пренебрежение реальным рельефом может привести к ошибкам. Для ослабления влияния рельефа, карта смещений была пересчитана в локальные декартовы координаты, а рельеф в области поля смещений на спутник со значениями >10 см аппроксимирован плоскостью. Далее был осуществлен поворот системы координат вокруг оси Oz так, чтобы ось Ox была параллельна проекции вектора градиента аппроксимирующей плоскости на плоскость хОу. Далее был осуществлен еще один поворот координат вокруг оси Oy так, чтобы ось Oz была перпендикулярна аппроксимирующей плоскости. В этих новых координатах аппроксимирующая рельеф плоскость совпадает со свободной поверхностью упругого полупространства, а отклонения остаточного рельефа оказываются малыми по сравнению с глубиной трещины.
В решении (Okada, 1985) трещина аппроксимируется прямоугольным элементом или набором таких элементов. Мы ограничились одним прямоугольным элементом, что обеспечивает численную устойчивость обратной задачи. Мы расположили нижнюю грань прямоугольного элемента на глубине 0.5 км выше уровня моря, исходя из размеров области смещений. Размер по падению задан 2.4 км, по простиранию 1.0 км. Угол падения варьировали в пределах 45-80о.
Наилучшее согласование с полем смещений на спутник достигается при углах падения трещины от 45 до 60о. Во всех моделях сбросовая компонента смещений составляет первые сантиметры, т.е. в пределах точности равна нулю. Расширение при угле падения 45о составляет 82 см, при 60о - 71 см, при 80о - 64 см. Следовательно, объем внедрившегося материала составляет 2.0*106, 1,7*106 и 1,5*106 м3, что согласуется с данными других авторов (Гордеев, Дрознин, 2010; Кирюхин и др., 2017). Результаты моделирования поддерживают гипотезу о том, что активизация вулкана Корякский была связана с подъемом вулканического материала и его внедрением, в том числе, в вулканическую постройку самого вулкана. Поэтому происходящие под вулканом процессы могут создавать опасность для расположенных в его окрестности населенных пунктов и объектов инфраструктуры и требуют непрерывного мониторинга.
Благодарности. Авторы благодарят Японское космическое агентство JAXA за снимки спутника ALOS, предоставленные в рамках проекта ER2A2N075.
Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке гранта Министерства образования и науки № 14.W03.31.0033 “Геофизические исследования, мониторинг и прогноз развития катастрофических геодинамических процессов на Дальнем Востоке РФ” и Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова «Фундаментальные и прикладные исследования космоса».

Ключевые слова: Камчатка, вулканы, спутниковая радарная интерферометрия, смещения поверхности
Литература:
  1. Аникин Л. П., Вергасова Л. П., Максимов А. П., Овсянников А. А., Чубаров В. М. Пеплы извержения Корякского вулкана в 2009 г. // В сб.: Вулканизм и связанные с ним процессы. Материалы региональной научной конференции, посвящённой Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский (30 марта-1 апреля 2011 г.). 2011. С. 10-14.
  2. Гирина О. А., Маневич А. Г., Мельников Д. В., Нуждаев А. А., Ушаков С. В., Коновалова О. А. Активность вулкана Корякский с октября 2008 г. по октябрь 2009 г. по данным KVERT // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский (30-31 марта 2009 г.). 2010. С. 15-23.
  3. Гордеев Е. И., Дрознин В. А. Температура эксплозивного шлейфа извержения вулкана Корякский в 2009 г. // Доклады Академии наук, (2010). т. 430 (3), С. 349-351.
  4. Иванов В. В. Активизация вулкана Корякский (Камчатка) в конце 2008–начале 2009 гг.: оценки выноса тепла и водного флюида, концептуальная модель подъема магмы и прогноз развития активизации // Материалы конференции, посвященной Дню вулканолога. Петропавловск-Камчатский (30-31 марта 2009 г.) 2010. С. 24-38.
  5. Кирюхин А. В., Федотов С. А., Кирюхин П. А., Черных Е. В.. Магматические питающие системы Корякско-Авачинской группы вулканов по данным локальной сейсмичности и режима прилегающих термальных источников // Вулканология и сейсмология. 2017, №5. С. 3-17.
  6. Максимов А. П., Аникин Л. П., Вергасова Л. П., Овсянников А. А., Чубаров В. М. Пеплы извержения Корякского вулкана (Камчатка) в 2009 г.: особенности состава и генезис // Вестник КРАУНЦ. Серия: Науки о Земле, 2011, №2. С. 73-86.
  7. Okada Y. Surface deformation due to shear and tensile faults in a half-space // Bulletin of the seismological society of America. 1985. v. 75 (4). P. 1135-1154.

Дистанционные методы в геологии и геофизике

321