Keywords
deep long-period earthquake
coherence
Section
Abstract
Klyuchevskoy Volcano (Russia, Kamchatka Peninsula) has been in a state of almost continuous eruption since 2003. Forecasting its eruptions is still a serious scientific and technical problem. One of the promising approaches for solving it is the use of the SESL’09 seismicity assessment method. To identify predictive parameters based on this method, it is necessary to determine the most seismically active volumes of the environment beneath the volcano. Klyuchevskoy Volcano is one of the sources of most intense sources of volcanic deep long-period earthquakes in the world, which are recorded at the crust-mantle boundary in a depth of 20–40 km. As a rule, this zone is considered as a single structure. In this study, based on the coherence analysis of waveforms of deep long-period earthquakes, it is shown that the mechanism of their occurrence is different for depths of ~20 km and ~28 km, which allows us to identify two different seismogenerating volumes at depths of 20–25 km and 26–34 km.
References
Горельчик В.И., Гарбузова В.Т., Сторчеус А.В. Глубинные вулканические процессы под Ключевским вулканом по сейсмологическим данным // Вулканология и сейсмология. 2004. № 6. С. 21–34 [Gorel’chik V.I., Garbuzova V.T., Storcheus A.V. Deep volcanic processes under Kliuchevsky volcano on seismological data // Vulkanologiya i sejsmologiya. 2004. № 6. P. 21–34].
Горельчик В.И., Сторчеус А.В. Глубокие длиннопериодные землетрясения под Ключевским вулканом, Камчатка // Геодинамика и вулканизм Курило-Камчатской островодужной системы. 2001 г. С. 373–389 [Gorel’chik V.I., Storcheus A.V. Glubokie dlinnoperiodnye zemletryaseniya pod Klyuchevskim vulkanom, Kamchatka // Geodinamika i vulkanizm Kurilo-Kamchatskoj ostrovoduzhnoj sistemy. 2001. P. 373–389 (in Russian)].
Горшенков А.А., Кликушин Ю.Н. Некоторые закономерности идентификационных измерений спектров сигналов // Журнал радиоэлектроники. 2011. № 2. С. 1–16 [Gorshenkov A.A., Klikushin Yu.N. Nekotorye zakonomernosti identifikacionnyx izmerenij spektrov signalov // Zhurnal radioelektroniki. 2011. № 2. P. 1–16 (in Russian)].
Добрецов Н.Л., Кулаков И.Ю., Литасов Ю.Д. Пути миграции магм и флюидов и составы вулканических пород Камчатки // Геология и геофизика, 2012. Т. 53. № 12. С. 1633–1661 [Dobretsov N.L., Kulakov I.Yu., Litasov Yu.D. Puti migracii magm i flyuidov i sostavy vulkanicheskih porod Kamchatki // Geologiya i geofizika, 2012. V. 53. № 12. P. 1633−1661(in Russian)].
Иванов В.В. Сейсмологические предвестники вершинных извержений Ключевского вулкана на Камчатке (на примере вулканического дрожания): Автореф. дисс. канд. геол.-мин. наук. Иркутск, 2011. 13 c. [Ivanov V.V. Sejsmologicheskie predvestniki vershinnyh izverzhenij Klyuchevskogo vulkana na Kamchatke (na primere vulkanicheskogo drozhaniya): Avtoref. diss. kand. geol.-min. nauk. Irkutsk, 2011. 13 p. (in Russian)].
Колосков А.В., Гонтовая Л.И., Попруженко С.В. Верхняя мантия Камчатки в изотопно-геохимических и геофизических аномалиях. Роль астеносферного диапиризма // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33. № 3. С. 3–13 [Koloskov A.V., Gontovaya L.I., Popruzhenko S.V. The upper mantle of Kamchatka in isotopic-geochemical and geophysical anomalies: The role of asthenospheric diapirism // Tihookeanskaya geologiya. 2014. V. 8. № 3. P. 151–162].
Озеров А.Ю. Ключевской вулкан: вещество, динамика, модель // М.: ГЕОС, 2019. 306 c. [Ozerov A.Yu. Klyuchevskoy volcano: rocks, dynamics, model // Moskaw: GEOS, 2019. 306 p. (in Russian)].
Салтыков В.А. Статистическая оценка уровня сейсмичности: методика и результаты применения на примере Камчатки // Вулканология и сейсмология. 2011. № 2. С. 53–59. https://doi.org/10.31857/S0203030622060074 [Saltykov V.A. A statistical estimate of seismicity level: The method and results of application to Kamchatka // Journal of Volcanology and Seismology. 2011. V. 5. № 2. P. 123–128. https://doi.org/10.1134/S0742046311020060].
Салтыков В.А. Формализованная методика прогноза извержений вулкана Безымянный (Камчатка) на основе статистической оценки уровня сейсмичности // Геофизические исследования. 2016. Т. 17. № 3. С. 45–59. https://doi.org/10.21455/gr2016.3-4 [Saltykov V.A. Formalizovannaya metodika prognoza izverzhenij vulkana Bezymyannyj (Kamchatka) na osnove statisticheskoj ocenki urovnya sejsmichnosti // Geofizicheskie issledovaniya. 2016. V. 17. № 3. P. 45–59 (in Russian)].
Салтыков В.А. Прогнозирование извержений вулкана Безымянный (Камчатка) 2015–2020 гг.: результаты использования методики на основе СОУС’09, верификация параметров // Вулканология и сейсмология. 2022. № 6. С. 76–86 https://doi.org/10.31857/S0203030622060074 [Saltykov V.A. Predicting the 2015–2020 Eruptions of Bezymiannyi Volcano, Kamchatka: The Results of a Procedure Based on the SESL’09, Verification of the Parameters // Journal of Volcanology and Seismology. 2022. V. 16 № 6. P. 462–471. https://doi.org/10.1134/S0742046322060069].
Сенюков С.Л. Мониторинг активности вулканов Камчатки дистанционными методами // Комплексные сейсмологические и геофизические исследования Камчатки. 2004. С. 279–291 [Senyukov S.L. Monitoring aktivnosti vulkanov Kamchatki distancionnymi metodami // Kompleksnye sejsmologicheskie i geofizicheskie issledovaniya Kamchatki. 2004. P. 279–291 (in Russian)].
Сенюков С.Л., Дрознина С.Я., Нуждина И.Н. и др. Исследования активности вулкана Ключевской дистанционными методами в 2001-2005 гг. // Геофизический мониторинг Камчатки. Материалы научно-технической конференции, 17-18 января 2006 г., Петропавловск-Камчатский / Отв. ред. В.Н. Чебров, Г.Н. Копылова. Петропавловск-Камчатский: «Геофизическая служба РАН», 2006. С. 94–100 [Senyukov S.L., Droznina S.Ya., Nuzhdina I.N et al. Issledovaniya aktivnosti vulkana Klyuchevskoj distancionnymi metodami v 2001-2005 gg. // Geofizicheskij monitoring Kamchatki. Materialy nauchno-tekhnicheskoj konferencii, 17-18 yanvarya 2006 g., Petropavlovsk-Kamchatskij / Otv. red. V.N. CHebrov, G.N. Kopylova. Petropavlovsk-Kamchatskij: «Geofizicheskaya sluzhba RAN», 2006. P. 94–100 (in Russian)].
Токарев П.И. Извержения и сейсмический режим вулканов Ключевской группы (1949–1963 гг.). М: Наука, 1966. 104 с. [Tokarev P.I. Izverzheniya i sejsmicheskij rezhim vulkanov Klyuchevskoj gruppy (1949–1963 gg.). Moscow: Nauka, 1966. 104 p. (in Russian)].
Федотов С.А., Жаринов Н.А., Горельчик В.И. Деформации и землетрясения Ключевского вулкана, модель его деятельности // Вулканология и сейсмология. 1988. № 2. С. 4–42 [Fedotov S.A., Zharinov N.A., Gorel’chik V.I. Deformacii i zemletryaseniya Klyuchevskogo vulkana, model’ ego deyatel’nosti // Vulkanologiya i sejsmologiya. 1988. № 2. P. 4–42 (in Russian)].
Чебров В.Н., Дрознин Д.В., Кугаенко Ю.А. и др. Система детальных сейсмологических наблюдений на Камчатке в 2011 г. // Вулканология и сейсмология. 2013. № 1. C. 18–40. https://doi.org/10.7868/S0203030613010021 [Chebrov V.N., Droznin D.V., Kugaenko Y.A. et al. The system of detailed seismological observations in Kamchatka in 2011 // Journal of Volcanology and Seismology. 2013. № 7. P. 16–36. https://doi.org/10.1134/S0742046313010028].
Чеброва А.Ю., Чемарев А.С., Матвеенко Е.А. и др. Единая информационная система сейсмологических данных в Камчатском филиале ФИЦ ЕГС РАН: принципы организации, основные элементы, ключевые функции // Геофизические исследования. 2020. Т. 21. № 3. С. 66–91. https://doi.org/10.21455/gr2020.3-5 [Chebrova A.Yu., Chemarev A.S., Matveenko E.A. et al. Seismological data information system in Kamchatka branch of GS RAS: organization principles, main elements and key functions // Geophysical Research. 2020. V. 21. № 3. P. 66–91(in Russian)].
Шакирова А.А., Салтыков В.А. Анализ активности Ключевского вулкана в 2023 году на основе статистической оценки уровня сейсмичности СОУС’09 // Материалы XXVII ежегодной научной конференции, посвященной Дню вулканолога 27-29 марта 2024 г. Петропавловск-Камчатский: ИВиС ДВО РАН, 2024. С. 144–147 [Shakirova A.A., Saltykov V.A. Analiz aktivnosti Klyuchevskogo vulkana v 2023 godu na osnove statisticheskoj ocenki urovnya sejsmichnosti SOUS’09 // Materialy XXVII ezhegodnoj nauchnoj konferencii, posvyashchennoj Dnyu vulkanologa 27-29 marta 2024 g. Petropavlovsk-Kamchatskij: IViS DVO RAN, 2024. P. 144–147 (in Russian)].
Aso N., Tsai V.C. Cooling magma model for deep volcanic long‐period earthquakes // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2014. V. 119. № 11. P. 8442–8456. https://doi.org/10.1002/2014JB011180
Bendat J.S., Allan G.P. Random data: analysis and measurement procedures. John Wiley & Sons, 2011. 640 p.
Chouet B.A., Matoza R.S. A multi-decadal view of seismic methods for detecting precursors of magma movement and eruption // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2013. V. 252. P. 108–175. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2012.11.013
Krischer L., Megies T., Barsch R. et al. ObsPy: A bridge for seismology into the scientific Python ecosystem // Computational Science & Discovery. 2015. V. 8. № 1. P. 1–17. https://doi.org/10.1088/1749-4699/8/1/014003v
Melnik O., Lyakhovsky V., Shapiro N.M. et al. Deep long period volcanic earthquakes generated by degassing of volatile-rich basaltic magmas // Nature communications. 2020. V. 11. № 1. P. 1–7. https://doi.org/10.1038/s41467-020-17759-4
Nichols M.L., Malone S.D., Moran S.C. et al. Deep long-period earthquakes beneath Washington and Oregon volcanoes // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2011. V. 200. № (3–4). P. 116–128. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2010.12.005
Okubo P.G., Wolfe C.J. Swarms of similar long-period earthquakes in the mantle beneath Mauna Loa Volcano // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2008. V. 178. № 4. P. 787–794. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2008.09.007
Roman D.C., Cashman K.V. The origin of volcano-tectonic earthquake swarms // Geology. 2006. V. 34. № 6. P. 457–460. https://doi.org/10.1130/G22269.1
Sevilla W.I., Jumawan L.A., Clarito C.J. et al. Improved 1D velocity model and deep long-period earthquakes in Kanlaon Volcano, Philippines: Implications for its magmatic system // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2020. V. 393. P. 1–13. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2020.106793
Shapiro N.M., Droznin D.V., Droznina S.Y. et al. Deep and shallow long-period volcanic seismicity linked by fluid-pressure transfer // Nature Geoscience. 2017. V. 10. № 6. P. 442–445. https://doi.org/10.1038/NGEO2952
Shapiro N., Campillo M., Kaminski E. et al. Low-Frequency Earthquakes and Pore Pressure Transients in Subduction Zones // Geophysical Research Letters. 2018. V. 45. № 20. P. 11–083. https://doi.org/10.1029/2018GL079893
Scholz C.H. The brittle-plastic transition and the depth of seismic faulting // Geologische Rundschau. 1988. V. 7. P. 319–328.
Sparks R.S.J. Forecasting volcanic eruptions // Earth and Planetary Science Letters. 2003. V. 210. № 1–2. P. 1–15. https://doi.org/10.1016/S0012-821X(03)00124-9
Tilling R.I. Volcanic hazards and their mitigation: progress and problems // Reviews of Geophysics. 1989. V. 27. № 2. P. 237–269.
Tokarev P.I. The prediction of large explosions of andesitic volcanoes // Journal of geodynamics. 1985. V. 3. № 3–4. P. 219–244.
Tuffen H., Smith R., Sammonds P.R. Evidence for seismogenic fracture of silicic magma // Nature. 2008. V. 453. № 7194. P. 511–514. https://doi.org/10.1038/nature06989
Virtanen P., Gommers R., Burovski E. et al. Scipy/scipy: SciPy 1.6.0. Zenodo, 2021. https://doi.org/10.5281/zenodo.4406806
Wech A.G., Thelen W.A., Thomas A.M. Deep long-period earthquakes generated by second boiling beneath Mauna Kea volcano // Science. 2020. V. 368. № 6492. P. 775–779. https://doi.org/10.1126/science.aba4798
Zobin V.M., Jiménez Z. Some regularity in the process of re-awakening of andesite and dacite volcanoes: specific features of the 1982 El Chichón volcano, México reactivation // Journal of volcanology and geothermal research. 2008. V. 175. № 4. P. 482–487. https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2008.02.022
Zobin V.M. Introduction to volcanic seismology. Elsevier: Amsterdam, 2017. Third edition. 559 р.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Copyright (c) 2025 А.А. Шакирова, П.А. Малютин, В.А. Салтыков, А.С. Чемарев