Анализ сейсмической активности в Курило-Камчатском регионе в период с 1980 по 2014 годы и ее влияние на хозяйственную деятельность

В этих же районах, а также на Восточной Камчатке распространены и плиоцен-четвертичные вулканогенные ОД-комплексы см. рис.А.1 (Приложение 1) Состав пород меняется от базальтов до риолитов, однако, соотношения пород разного состава в Курильском и Камчатском сегментах системы различны [16,41, 48,59]. На Курилах, в целом, преобладают андезибазальты и андезиты (60-70%), тогда как на Камчатке наиболее распространены базальты и основные андезибазальты (~50%) при более высокой доле кислых пород по сравнению с Курилами [16,42].

Как уже отмечалось выше, необычным является то, что в составе позднекайнозойских вулканических пород Камчатки встречаются лавы внутриплитного геохимического типа, выявленные и изученные О.Н.Волынцом. Среди внутриплитных вулканических серий Камчатки установлены K-Na щелочнобазальтовая (позднемиоценового возраста на Восточной Камчатке); K-Na щелочнооливинбазальтовая (плиоценового возраста на Восточной Камчатке и позднеплиоцен-голоценового возраста в Срединном хребте - в виде зоны ареального вулканизма); K-Na базальт-комендитовая (плиоцен-раннеплейстоценового возраста в Срединном хребте); К-щелочнобазальтовая и шошонит-латитовая (позднемиоцен-плиоценового возраста на Западной Камчатке).

В пределах Курил и Южной Камчатки отчетливо проявлены две вулканические зоны - фронтальная и тыловая, параллельные глубоководному желобу, с зоной ослабления вулканической активности между ними [2]. В пределах вулканической дуги Восточной Камчатки вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии является тыловой зоной по отношению к вулканитам Восточного хребта, которые относятся к фронтальной зоне. Во всяком случае, для этих зон в целом характерны такие же закономерности петрогеохимической зональности, как и для Курил и Южной Камчатки [15,16,24].

Принципиальным с точки зрения условий магмообразования является вопрос о природе миоцен-четвертичного вулканического пояса Срединного хребта. Одни авторы считают его отдельной вулканической дугой, связанной с самостоятельной зоной субдукции, которая в настоящее время прекратила свое существование, так как оказалась заблокированной в результате причленения к Камчатке Восточных полуостровов [5,6,35,38,55]. В ней так же, как и на Курилах, Южной и Восточной Камчатке выделяются две вулканические зоны. По мнению других авторов, вулканический пояс Срединного хребта связан с современной Курило-Камчатской зоной субдукции и является третьей вулканической зоной, тыловой по отношению к Восточной вулканической зоне и вулканической зоне Центральной Камчатской депрессии [52].

2.2 Петрогеохимическая зональность

В островодужных вулканических ассоциациях Курил, Южной и Восточной Камчатки хорошо проявлена поперечная петрогеохимическая зональность и значительно менее отчетливо - продольная зональность. В целом, в составе островодужных ассоциаций вулканических пород Курило-Камчатской системы по уровню концентрации К2О выделяются лавы низкокалиевой, умереннокалиевой, высококалиевой и шошонит-латитовой серий, а по общему содержанию щелочей - породы нормального и субщелочного ряда. В пределах каждой по К-щелочности серии по критерию Мияширо выделяются толеитовые и известково-щелочные разности. От фронта к тылу наблюдается последовательная смена пород от низкокалиевой до высококалиевой серии, иногда до шошонит-латитовой серии, а по критерию Мияширо - от толеитовых до известково-щелочных разностей.

От фронта к тылу уменьшается также степень дифференцированности вулканитов и меняется состав минералов. Лавы фронтальных вулканических зон характеризуются, в основном, двупироксеновыми ассоциациями фенокристаллов, тогда как в базальтах тыловых зон вкрапленники ортопироксена редки, а в лавах среднего и кислого составов и иногда даже в базальтах распространены вкрапленники амфибола и биотита. Одноименные минералы разных зон отличаются и по химическому составу [14,44,48]

Поперечная геохимическая зональность выражается в повышении от фронтальных к тыловым зонам концентраций в лавах большинства некогерентных редких элементов (K, Rb, Li, Be, Ba, Sr, U, Th, La, Ce, Nb, Ta, Zr, W, Mo), величин K/Na, Rb/Sr, La/Yb, Sr/Ca, Th/U отношений и содержаний летучих компонентов - H2O, F, Cl, S. В этом же направлении уменьшаются содержания в лавах Fe, V, величины Fe/Fe+Mg и Fe2+/Fe3+ отношений [48]. Поперечная петрогеохимическая зональность нарушается в аномальных зонах, в частности, в Малко-Петропавловской зоне поперечных дислокаций на Камчатке [12] и в проливе Буссоль на Курилах [48]. В лавах Курильского сегмента установлена хорошо выраженная поперечная изотопная зональность: величины 87Sr/86Sr и 143Nd/144Nd заметно уменьшаются от фронта к тылу. На Южной Камчатке отмечается аналогичная, но менее четко выраженная Sr-изотопная зональность, тогда как зональность по изотопам неодима не отмечается [34].

Поперечная геохимическая зональность, аналогичная зональности Курил и Южной Камчатки, проявлена и в четвертичных вулканитах ОД-типа Срединного хребта при более высокой общей щелочности и более высоком уровне концентраций некогерентных редких элементов [15,16,21,23,47]. Здесь, так же как и на Курилах и Южной Камчатке наблюдается понижение значений изотопов стронция от фронта к тылу при отсутствии заметной Nd-изотопной зональности [34].

2.3 Гравиметрическая характеристика вулканических дуг

Гравитационное поле Курило-Камчатской системы дуга - желоб обладает основными характерными чертами таких систем, т.е. наличием сопряженных положительной и отрицательной аномалий в свободном воздухе [26,28]. Положительная аномалия протягивается вдоль невулканической дуги, которой на Курилах соответствуют острова Малой Курильской гряды и их подводное продолжение, а на Камчатке - восточные полуострова. Положительная аномалия осложнена поперечными аномалиями пониженного поля вдоль крупных поперечных зон разломов в районе Авачинского залива на Камчатке и пролива Буссоль на Курилах. В этих районах наблюдается нарушение петрогеохимической зональности.

Положительная гравитационная аномалия характерна для зоны восточных полуостровов Камчатки так же и в редукции Буге рис.Б.2. (Приложение Б)

Отличительной особенностью гравитационного поля Камчатки от других ОД и активных континентальных окраин является наличие двух отчетливых протяженных зон положительных гравитационных аномалий на участке от Малко-Петропавловской зоны поперечных дислокаций до зоны поперечных разломов, продолжающих на Камчатке Алеутское направление Рис.Б.2. (Приложение Б) Одна зона, как было сказано выше, соответствует восточным полуостровам, другая - протягивается вдоль Центральной Камчатской депрессии. Кроме того, на Западной Камчатке имеется третья зона положительных аномалий, которая выражена менее отчетливо. По отношению к вулканическому поясу Срединного хребта вторая зона положительных аномалий занимает такое же положение, как и зона восточных полуостровов по отношению к Восточно-Камчатскому вулканическому поясу. Она соответствует почти полностью погребенному Хавывенскому поднятию северо-восточного простирания. В пределах этого поднятия максимальное значение силы тяжести наблюдается на одноименной возвышенности, сложенной кристаллическими сланцами основного состава и серпентизированными гипербазитами. В пределах аномальной зоны обнажается также толща подушечных базальтов и туфов, прорванных крупным телом габброидов с плотностью 3,05 г/см3. Остальные участки аномальной зоны Хавывенской возвышенности закрыты чехлом кайнозойских вулканогенно-терригенных пород, в связи с чем интенсивность положительной гравитационной аномалии несколько убывает. Тем не менее, только наличием пород высокой плотности нельзя объяснить мощный гравитационный эффект [8]. На наш взгляд, это свидетельствует в пользу того, что вулканический пояс Срединного хребта сформировался над самостоятельной зоной субдукции, для которой Хавывенское поднятие, так же как и о. Карагинский на его северо-восточном продолжении, служили фронтальной (невулканической) дугой. В этом случае положительная гравитационная аномалия является в значительной мере остаточной, обусловленной нарушением изостазии в период субдукции. В пользу того, что Хавывинское поднятие являлось фронтальной дугой, свидетельствует и наличие ультраосновных пород, обычных для таких структур.

Модельный гравитационный разрез с двумя зонами субдукции показан на рис.В.3(Приложение В). Плотностное моделирование по профилю вкрест п-ова Камчатка свидетельствует о том, что в случае введения в модель двух относительно плотных погружающихся слоев с эффективной плотностью +0,08 +0,1 г/см3, и двух зон разуплотнения (-0,08 : -0,1 г/см3) - предполагаемых участков магмообразования, форма и интенсивность расчетной гравитационной аномалии близка к наблюденной.

Свидетельством самостоятельности зоны субдукции под Срединный хребет является также погребенный палеожелоб, который фиксируется по отрицательной гравитационной аномалии в свободном воздухе вдоль подножия континентального склона восточнее о.Карагинский [36]. На Камчатке этой зоне субдукции, вернее, осевой зоне палеожелоба, соответствует Тюшевский прогиб и зона надвига Гречишкина [55].

Сегмент с двумя разновозрастными зонами субдукции ограничен с юга Малко-Петропавловской зоной поперечных дислокаций, а с севера - глубинными разломами Алеутского направления. По этим разломам в плиоцене произошел перескок зоны субдукции на современное ее положение. По мнению В.П.Трубицина с соавторами [55], субдукция под северный отрезок Срединного хребта была наведенной, так как сформировавшаяся в эоцене Алеутская дуга отделила Берингово море от Тихоокеанской плиты.

Третья зона положительных аномалий Западной Камчатки, вероятно, соответствует палеогеновой островодужной системе, вернее, ее фронтальной дуге см. рис.Б.2 (Приложение Б) Во всяком случае, западнее этой зоны располагается палеогеновый вулканический пояс см. рис.А.1 (Приложение А)

2.4 Геодинамические параметры проявления вулканизма

Основные геодинамические параметры проявления вулканизма Курильского сегмента ОД-системы, основанные на модели субдукции, рассмотрены нами ранее [3]. Параметры сейсмофокального слоя во многом определяют геодинамические условия проявления вулканизма. Они косвенно влияют на температуру, давление и состав плавящегося субстрата, количество и состав участвующих в плавлении летучих компонентов, условия подъема и излияния магмы. К числу определяющих параметров относятся скорость и направление движения субдуцируемой плиты, угол ее наклона, глубина до зоны субдукции (до верхней плоскости сейсмофокальной зоны) под вулканическим фронтом и под тыловыми вулканами, расстояние от оси глубоководного желоба до вулканического фронта и кратчайшее расстояние от вулканического фронта до вулканов.

В последнее время нами совместно с В.А.Широковым уточнена геометрия сейсмофокального слоя с использованием базы данных по землетрясениям Курило-Камчатского региона за весь период инструментальных наблюдений. Изолинии глубины до верхней поверхности сейсмофокальной зоны, основанные на этих данных, показаны на рис.А.1 (приложение А), а уточненные параметры проявления вулканизма на разных отрезках Восточно-Камчатского и Курильского сегментов ОД-системы даны в таблице 1.

Таблица 1 - Геодинамические параметры проявления четвертичного вулканизма Курило-Камчатской островодужной системы.

Примечания: L_min и L_dir - расстояние от оси глубоководного желоба до вулканического фронта: кратчайшее (L_min) и по направлению движения Тихоокеанской плиты (L_dir), V - скорость движения Тихоокеанской плиты, - угол между направлением движения Тихоокеанской плиты и простиранием дуги, - угол наклона сейсмофокальной зоны на глубине 50 - 200 км, H_f, H_r, и H_max - глубина до зоны субдукции под вулканическим фронтом, под передовыми вулканами тыловой зоны и максимальная, соответственно, t - время прохождения плиты от начала поддвигания до опускания на глубину 105 км, т.е. под вулканический фронт, d - ширина вулканической дуги, T - мощность земной коры.

Глубина до сейсмофокальной плоскости под вулканическим фронтом является почти постоянной величиной, составляя 110+5 км, а максимальная глубина под тыловыми, наиболее удаленными от вулканического фронта вулканами не превышает 220 км. Ранее было показано, что именно в этих пределах глубин до сейсмофокальной плоскости существуют условия плавления в мантийном клине за счет отделения летучих, в первую очередь воды, от поддвигаемой литосферной плиты [3].

Следует подчеркнуть, что геодинамические параметры проявления вулканизма примерно одинаковы для всех ОД-систем и активных окраин Тихоокеанского кольца. Основными из них являются глубина до сейсмофокальной зоны под фронтальными и тыловыми вулканами, ширина вулканической дуги и расстояние от оси глубоководного желоба, т.е. от линии начала субдукции, до линии вулканического фронта. С этих позиций положение вулканического пояса Срединного хребта Камчатки является уникальным. Глубина до современной сейсмофокальной зоны на юге этого пояса колеблется в пределах от 300 км под наиболее близко расположенными к современному глубоководному желобу вулканами до 450 км - под тыловыми вулканами. Севернее же Ичинского вулкана субдукция если и существует, то она никак не проявляется в виде сейсмофокальной зоны землетрясений. Ширина вулканического пояса Срединного хребта составляет более 100 км, т.е. соответствует ширине крупной вулканической дуги. Если же считать вулканический пояс Срединного хребта третьей вулканической зоной современной дуги, то вулканическая дуга на этом отрезке Курило-Камчатской островодужной системы расширяется до 400 км, что не характерно ни для островных дуг, ни для активных континентальных окраин.

2.5 Природа проявления современного вулканизма Срединного хребта

Как было сказано выше, о природе вулканического пояса Срединного хребта существуют две точки зрения. По одной из них его формирование связано с современной зоной субдукции [52], по второй - вулканический пояс Срединного хребта является самостоятельной вулканической дугой над более древней зоной субдукции [5,6,38,55]. Вопрос о природе этого вулканического пояса, с одной стороны, является ключевым для реконструкции истории тектонического развития Курило-Камчатской островодужной системы, а с другой стороны - ключевым для понимания процессов магмообразования, связанных с субдукцией. Подробный анализ аргументации обех точек зрения дан нами в отдельной статье [7], где показано, что предпочтительней является вторая точка зрения. Об этом свидетельствуют следующие данные:

1. Пространственно структурное размещение вулканических поясов и отсутствие миоценовых вулканических пород ОД-типа на Восточной Камчатке (см. рис.1) свидетельствует о том, что вулканические пояса Срединного хребта и Восточной Камчатки (вместе с поясами Центральной Камчатской депрессии) являются самостоятельными вулканическими дугами. Более того, в пределах вулканической дуги Срединного хребта шириной более 100 км, так же как и на Южной Камчатке и Курилах, выделяются фронтальная и тыловая вулканические зоны с зоной ослабления вулканической активности между ними.

2. Поперечная петрогеохимическая зональность вулканического пояса Срединного хребта аналогична таковой для других вулканических дуг с несколько более высоким уровнем содержания щелочей и некогерентных редких элементов.

3. Гравиметрические данные свидетельствуют об удвоении (а возможно и об утроении) систем - фронтальная невулканическая дуга (маркируемая поясом положительных аномалий) - вулканическая дуга см. рис.А.2 и рис.В.3 (Приложение Б,В)

4. Данные о пространственном распределении эпицентров землетрясений [7] свидетельствуют о том, что в зоне субдукции дуги Срединного хребта еще сохранились остаточные движения. Возможно, что движения еще не совсем прекратились и на участке между Малко-Петропавловской и Алеутской зонами поперечных разломов. Эти разломы являются трансформными, и по ним произошел перескок зон субдукции рис.Г.4 (Приложение Г)

5. По гравиметрическим и сейсморазведочным данным, к востоку от о.Карагинский фиксируется палеожелоб, соответствующий зоне субдукции Срединного хребта [28,55]

2.6 История тектонического развития

Рассмотренные материалы позволяют трактовать историю тектонического развития Курило-Камчатского региона как развитие разновозрастных островодужных систем, дискретно смещающихся и последовательно омолаживающихся в сторону Тихого океана. В палеогене на Западной Камчатке, по-видимому, существовала система вулканических дуг, от которой к настоящему времени сохранились лишь отдельные выходы покровов вулканитов (палеоценовая черепановская толща и эоценовая кинкильская свита) и субвулканические тела [33]. Пояс положительных гравитационных аномалий, по всей видимости, маркирует фронтальную невулканическую дугу этой системы. Слабый характер аномалии, очевидно, обусловлен восстановлением изостатического равновесия

Начиная с конца олигоцена, в пределах Камчатки и Курил существовала система из двух дуг - Срединно-Камчатской и Южно-Камчатско-Курильской рис.Д.5 (Приложение Д). К югу от стыка с Алеутской дугой формирование системы было обусловлено субдукцией Тихоокеанской плиты, а к северу - молодой Командорской плиты. Эти дуги в современной структуре маркируются соответствующими формационными комплексами вулканических пород см. рис.А.1 (Приложение А) и гравитационными аномалиями фронтальной дуги см. рис.Б.2 (Приложение Б)

В плиоцене, в результате причленения полуостровов, а, вероятно, и некоторых других структур Восточной Камчатки, зона субдукции Тихоокеанской плиты на участке между Шипунским п-овом и сочленением с Алеутской дугой оказалась заблокированной. Вследствие этого произошел перескок зоны субдукции на современное положение и Курило-Камчатская островодужная система сформировалась в современном виде. Концептуальная модель развития сегмента Курило-Камчатской островодужной системы между ее сочленением с Алеутской островной дугой и Малко-Петропавловской зоной поперечных дислокаций показана на рис.6.

2.7 Современная тектоническая структура и вулкано-тектоническое районирование

Рассмотренные выше разновозрастные вулканические дуги определяют жесткую раму современной тектонической структуры Курило-Камчатской островодужной системы, которая сформировалась в результате длительного взаимодействия крупных литосферных плит: Кула, Тихоокеанской, Евразиатской и Североамериканской. Жесткость системы определяется тем, что после причленения более молодой дуги к более древней относительные движения между ними практически прекратились. Осадочные прогибы, разделяющие эти дуги, были либо преддуговыми, либо задуговыми бассейнами. Фундаментом вулканогенных и вулканогенно-осадочных формаций служат вещественно-структурные комплексы разного состава, разного возраста и разного генезиса, представляющие собой аккреционно-коллизионные области, состоящие обычно из нескольких террейнов [45,54]. Так, фундаментом современной вулканической дуги Восточной Камчатки служат верхнемеловые-нижнепалеогеновые вулканогенно-осадочные структурно-вещественные комплексы в аллохтонном залегании [33], которые, по мнению ряда исследователей [36,63], сформировались в островодужных условиях в сопряженных структурах: задуговой бассейн - островная дуга - преддуговой бассейн. На наш взгляд, это могли быть и формационные комплексы внутриокеанических цепей вулканов, аналогичных Гавайско-Императорской цепи, которые по петрогеохимическим характеристикам вулканических пород трудно отличить от островодужных, тем более при значительных вторичных изменениях. Во всяком случае, внутриокеанические цепи вулканов типа "горячих точек" более обычны для Тихого океана, чем внутриокеанические островные дуги. Единственным надежным критерием является Ta-Nb - минимум на спайдерграммах гигромагматофильных редких элементов в лавах островных дуг [15]. Общая структура толщ, слагающих эти аллохотные комплексы, покровно-чешуйчатая [45].

Террейны Восточных полуостровов Камчатки сложены меловыми и палеогеновыми вулканогенно-осадочными образованиями, среди которых выделяются как островодужные, так и океанические комплексы. Причленение их к Камчатке в конце миоцена, вероятно, явилось причиной перескока зоны субдукции на современное положение. В настоящее время они представляют собой фронтальную (тектоническую) дугу, которая отделяется от аккреционно-коллизионной области Восточной Камчатки "надвигом Гречишкина" [13,55]. Хавывинский террейн, слагающий одноименные возвышенность и погребенное под Центральной Камчатской депрессией поднятие, как было сказано выше, очевидно представляет собой фронтальную (тектоническую) дугу в островодужной системе Срединного хребта и причленился до начала ее формирования в позднем олигоцене.

Метаморфические и метаморфизованные комплексы Срединного и Ганальского хребтов также являются террейнами и служат фундаментом для верхнеолигоцен-миоценовой системы дуг Срединного хребта и Южной Камчатки. Подробная характеристика аккреционно-коллизионной структуры Камчатки дана в специальных работах и отражена на Тектонической карте Охотоморского региона [44,55].

В соответствии с тектонической историей и геодинамическими параметрами проявления современного вулканизма над зоной субдукции Тихоокеанской плиты под Евразиатскую (Табл.1) выделяются следующие районы (сегменты) Курило-Камчатской островодужной системы см. рис.Д.5 (Приложение Д)

Восточно-Камчатский сегмент представляет собой начальный этап (5-7 млн лет) развития прямой субдукции. В пределах этого сегмента выделяются участок поддвигания литосферной плиты с нормальной корой океанического типа и углом падения зоны субдукции около 45o и участок поддвигания с утолщенной океанической корой за счет поднятия Обручева, где угол зоны субдукции уменьшается до 30o и, соответственно, изгибается сейсмофокальная зона. Кроме того, зона сочленения с Алеутской дугой представляет собой участок со специфическим режимом, где возможно вспарывание и раздвигание субдуцируемой Тихоокеанской плиты с внедрением горячего материала астеносферы.

В пределах Южно-Камчатского сегмента примерно за 25 млн лет (конец олигоцена) сформировался практически стационарный режим субдукции почти под прямым углом. Здесь также выделяется аномальный участок в зоне сочленения с вулканической дугой Срединного хребта, маркируемый Малко-Петропавловской зоной поперечных дислокаций.

Курильский сегмент, так же, как и Южная Камчатка, характеризуется стационарным режимом субдукции. В его пределах выделяются Северные, Средние и Южные Курилы с различными геодинамическими параметрами зоны субдукции и связанного с ней вулканизма [3,38]. С севера на юг субдукция из почти прямой (85o) переходит в косую (45o), а угол падения зоны поддвига является максимальным в Центральных Курилах (60o), уменьшаясь на севере, в районе Парамушира до 50o и на юге, в районе Симушира - до 38o.

Вулканическая дуга Срединного хребта является примером завершения субдукции после перескока ее на современное положение и, соответственно, завершения этапа надсубдукционного вулканизма. Возможны два сценария завершения этого этапа: 1 - постепенное прекращение движения субдуцируемой океанической плиты, и тогда эта плита может быть зафиксирована методом сейсмической томографии как зона повышенных скоростей, и 2 - отрыв и опускание в мантию более тяжелой океанической плиты и внедрение более горячей подсубдукционной части мантии в более высокие горизонты. Развитие по второму сценарию может быть причиной проявления вулканизма внутриплитового геохимического типа, сопряженного с островодужным вулканизмом.

2.8 Вариации условий магмообразования

Как уже отмечалось выше, необычный тип вулканических пород характерен для района сочленения Восточно-Камчатской вулканической дуги, включающей и вулканический пояс Центральной Камчатской депрессии, с Алеутской ОД. Особенности проявления вулканизма этого района, состав вулканических пород, закономерности пространственной их локализации подробно охарактеризованы в работах О.Н.Волынца с соавторами.

Северная группа вулканов от Толбачинской ареальной зоны шлаковых конусов до вулкана Шивелуч характеризуется высокой интенсивностью вулканизма и наличием магнезиальных базальтов и андезитов. Вулканы Харчинский и Заречный в этой группе почти целиком сложены магнезиальными базальтами с небольшим количеством магнезиальных андезибазальтов. Одноактные шлаковые и лавовые конуса Харчинской региональной зоны также сложены преимущественно магнезиальными базальтами и андезитами. В позднем плейстоцене за 30-40 тыс. лет эруптивными центрами Харчинского вулканического массива вынесено на поверхность около 80 км3 магнезиальных пород, преимущественно базальтов, что в 5-10 раз больше, чем для всей Камчатки в позднем плейстоцене - голоцене [18]. Магнезиальные породы отмечены также в Толбачинской зоне шлаковых конусов и в конусах побочных прорывов Ключевского вулкана, так же как и на вулкане Шивелуч [20].

Таким образом, полоса распространения магнезиальных андезитов протягивается вдоль простирания Восточно-Камчатской вулканической дуги, причем, количество магнезиальных пород заметно убывает как на юго-запад, так и на северо-восток от Харчинского массива, почти нацело сложенного магнезиальными базальтами. На удалении от этого массива также появляются более кислые породы - магнезиальные андезибазальты и даже андезиты [19,20].

Алеутское направление зоны сочленения также характеризуется наличием магнезиальных пород. На побережье Камчатского залива, к востоку от современного вулканического фронта магнезиальные базальты слагают небольшие изолированные лавовые и шлако-лавовые вулканы плейстоценового возраста [18,57]. Дайки аналогичного состава позднеплейстоцен-плиоценового возраста распространены на п-ове Камчатского мыса [18]. Магнезиальные андезиты драгированы также в Камчатском проливе и на подводном вулкане Пийпа, к северо-востоку от о.Беринга [17,18]. Общая протяженность зоны проявления магнезиальных пород на западном окончании Алеутской дуги ~430 км.

Чем отличаются условия магмообразования зоны сочленения Восточной Камчатки с Алеутской дугой, которые привели к появлению магнезиальной магмы, от условий стационарного режима Курил и Южной Камчатки? В случае косой субдукции, переходящей в трансформный разлом, в Камчатско-Алеутском сочленении создаются условия вспарывания и раздвижения погружающейся Тихоокеанской плиты и внедрения вещества более горячей подсубдукционной мантии в надсубдукционную зону. О высокой температуре расплава свидетельствуют ликвидусные температуры магнезиального оливина Заречного вулкана, составляющие ~1280oC [19]. Расчеты структуры поля температур, проведенные для объяснения природы современного вулканизма Срединного хребта, показали, что температура на контакте поддвигаемой пластины с более горячей мантией в таких условиях может повышаться на 200-300oС. При этом возможно не только плавление перидотита мантии под воздействием воды и других летучих компонентов с излиянием магнезиальных базальтов, но и частичное подплавление океанической коры на контакте ее с более горячей мантией и образование магнезиальных андезитов адакитового типа, как это наблюдается на подводном вулкане Пийпа [17]. О возможном подплавлении океанической коры в районе вулканов Шивелуч, Харчинский, Заречный свидетельствуют некоторые геохимические параметры, характерные для адакитов, в частности, высокие концентрации Sr, Ba, низкие концентрации тяжелых РЗЭ при высоких отношениях FeO/MgO, La/Yb и низких отношениях K/La[18,19].

Анализ возможных механизмов появления на Камчатке внутриплитного геохимического типа вулканических пород, который характеризуется повышенными, по сравнению с ОД-породами, концентрациями Ti, Nb и Ta и отсутствием Ta-Nb минимума на спайдерграммах Д.Вуда, проведен О.Н.Волынцом. Им рассмотрены две возможные гипотезы. По одной из них, источником обогащения этими элементами внутриплитных магм служит та же самая субдуцируемая океаническая кора, которая определяет геохимическую специфику ОД-магм, но сценарии поступления Ti, Nb, Ta и других элементов в расплав различны.

Формирование ОД-магм происходит при плавлении вещества мантийного клина под воздействием флюидов, отделяющихся от поддвигаемой плиты. Низкие содержания Ta, Nb, Ti в ОД-магмах объясняются тем, что эти элементы, основным концентратором которых является рутил, обладают низкой растворимостью во флюиде. При более высоких температурах, превышающих 750oС, возможно частичное плавление базальта океанической коры в водонасыщенных условиях и эти выплавки, в соответствии с экспериментальными данными, имееют более высокие концентрации Ti, Nb, Ta. По мнению О.Н.Волынца, по такому сценарию могут формироваться только верхнемиоценовые - плиоценовые К-щелочные базальтоиды Западной Камчатки, слагающие преимущественно субвулканческие тела. Нам представляется этот сценарий вполне правдоподобным, тем более, что на спайдерграммах Д.Вуда в этих породах проявлен Ta-Nb минимум, хотя и менее глубокий [89, Fig.10]. Добавим лишь, что на глубинах около 200 км источником большого объема флюидов из поддвигаемой плиты может служить дегидратация серпентина и талька [3], а более высокая температура может быть обусловлена внедрением более горячего подсубдукционного мантийного материала в более высокие горизонты при отрыве и погружении нижней части поддвигаемой плиты за счет ее отрицательной плавучести после остановки субдукции.

Для объяснения появления внутриплитных магм в пределах Восточной Камчатки и Срединного хребта О.Н.Волынец привлекает гипотезу, по которой источником внутриплитных магм является горячее вещество обогащенных мантийных плюмов, взаимодействующее с деплетированной мантией MORB-типа. По предложенной О.Н.Волынцом модели, неактивная ("умершая") зона субдукции под Срединный хребет не препятствует подъему зарождающихся на больших глубинах мантийных плюмов в области мантийного клина над зоной субдукции, где в позднемиоцен-голоценовое время внутриплитные вулканиты проявлены вместе со значительно преобладающими ОД-породами. На Восточной Камчатке внутриплитные верхнемиоценовая щелочно-базальтовая и плиоценовая щелочнооливиновая серии формировались до ОД-этапа вулканизма, а в плиоцене новая зона субдукции отсекла мантийные плюмы от мантийного клина, в результате чего в плейстоцене и голоцене внутриплитный вулканизм не проявлен.

Не отрицая в целом вероятности такого сценария проявления внутриплитного вулканизма, хотим обратить внимание на следующие обстоятельства. Прежде всего, внутриплитные магмы характерны только для того сегмента ОД-системы, где произошел перескок зоны субдукции в конце миоцена - плиоцене см. рис.Д.5 (Приложение Д) Далее, внутриплитный вулканизм Срединного хребта проявлен вместе с островодужным как в пространстве, так и во времени, а на Восточной Камчатке предшествует ему. Прекращение ОД-вулканизма в Срединном хребте повлекло за собой прекращение и внутриплитного вулканизма, т.е. мантийный плюм иссяк вместе с затуханием ОД-вулканизма.

Исходя из этих обстоятельств, нам представляется более вероятным несколько иной сценарий проявления внутриплитного вулканизма. Если гипотеза отрыва субдуцированной части плиты под Срединным хребтом после прекращения субдукции в конце миоцена верна, то в образовавшуюся брешь будет внедряться более горячее вещество подсубдукционной части мантии см. рис.Е.6 (Приложение Е) В результате этого за счет повышения температуры более, чем на 80-100oС станет возможным частичное плавление слоев 1, 2 и 3А океанической коры в верхней части поддвигаемой пластины. Основная же масса вещества мантии будет плавиться под воздействием флюидов по ОД-сценарию. В результате будут выплавляться и типичные ОД-магмы, и магмы с повышенным содержанием Ti, Nb и Ta, т.е. магмы внутриплитного геохимического типа. При этом прекращение ОД-вулканизма за счет истощения флюидов из субдуцированной плиты повлечет за собой и прекращение внутриплитного вулканизма, так как оба эти типа вулканизма проявляются лишь при наличии источника воды, в данном случае за счет дегидратации серпентина и талька.

С этих же позиций объяснимо и появление внутриплитных магм на Восточной Камчатке в плиоцене перед проявлением ОД-вулканизма. В начальный этап субдукции передний край поддвигаемой плиты контактирует с более горячей мантией, в результате чего происходит частичное плавление слоев 1, 2 и 3А океанической коры с повышением концентраций Nb, Ta и Ti в расплаве. Аналогичный механизм был ранее предложен К.Кобаяши для объяснения условий формирования бонинитов.

Таким образом, для объяснения природы проявления внутриплитного геохимического типа пород среди ОД-вулканитов, а также появления магнезиальных пород адакитового типа в зоне сочленения Курило-Камчатской ОД-системы с Алеутской дугой предлагается один и тот же механизм частичного плавления кровли поддвигаемой плиты за счет более высокой температуры контактирующих участков мантии. Для проверки этой гипотезы требуются дополнительные исследования по условиям формирования геохимической специфики островодужных и внутриплитных магм в типовых и аномальных районах Камчатки, по выявлению глубинной структуры под Срединным хребтом Камчатки геофизическими методами, в первую очередь методом сейсмической томографии, а также математическое моделирование структуры поля температур аномальных участков.

3. Влияние землетрясений на окружающую среду и жизнедеятельность человека

3.1 Экологические последствия землетрясений

В широком смысле экологические последствия, по-видимому, следует подразделять на социальные, природные и природно-антропогенные. В каждой из групп могут быть выделены прямые и косвенные последствия.

В настоящее время мы достаточно полно знаем прямые проявления (последствия) землетрясений на земной поверхности и, следовательно, их прямые действия на элементы общественного организма, меж тем как сопровождающие (предшествующие, следующие) косвенные явления на уровне микро и даже макроаномалий действий в литосфере и вне ее начали учить совершенно не так давно.

Более исследованы и наглядно отражают сейсмическую опасность экономические утраты в итоге землетрясений. За последние десятилетия, учтённые экономические утраты от землетрясений возросли на порядок и достигают сейчас около 200 миллиардов долларов. За десятилетие. Если в предшествующее десятилетие в эпицентральной зоне, к примеру, 8-балльного землетрясения средний убыток в расчёте на одного обитателя составлял 1,5 тыс. долл., То сейчас он достигает 30 тыс. долл. Естественно, что с повышением балльности (и магнитуды) возрастают площади поражённых территорий, а следовательно, и вред.

Число жертв землетрясений на земном шаре, хотя и неравномерно распределяется по годам, в целом непреклонно, по указанным выше причинам, растёт. За последние 500 лет от землетрясений на Земле погибло 4,5млн. Человек, то есть раз в год землетрясения уносят в среднем 9 тысяч человеческих жизней. Но в период 1947-1976гг. Средние утраты составляли 28тыс. Человек в год. С точки зрения экологических, как и социальных последствий, не менее важен и тот факт, что число покалеченных (включая тяжело покалеченных) традиционно во много раз превосходит число погибших, а число оставшихся бездомными превосходит количество прямых жертв на порядок и более. Так, в зонах полного разрушения зданий (зоны 8баллов и выше) количество жертв может составлять 1-20%, а покалеченных -30-80%, обратные соотношения редки.

Социальные последствия, то есть действие сейсмических явлений на популяция, включает как прямой социальный вред (смерть людей, их травматизм физический либо психический, утрата крова в условиях нарушения систем жизнедеятельности и т.п.), Так и косвенный социальный вред, тяжесть которого зависит от размеров прямого и обусловлена резким, на фоне материальных утрат, конфигурацией морально-психологической обстановки, спешным перемещением огромных масс людей, нарушением социальных связей и общественного статуса, сокращением трудоспособности и падением эффективности труда оставшихся в живых, частью отвлечённых от привычной индивидуальной и публичной деятельности. Мощное землетрясение, в особенности в огромных городах и в густонаселённых районах, безизбежно ведёт к дезорганизации жизнедеятельности на тот либо другой срок. Нарушения общественного поведения могут возникать даже в отсутствии самого действия, а только в связи со слухами о землетрясении, сколь бы ни были эти ожидания нелепы и ничем не обоснованы. Применительно к последнему десятилетию такового рода примеры известны для ряда городов бывшего русского Союза. Последствия же сейсмических катастроф, тем более в периоды общего ослабления хозяйственно-экономического состояния и политической нестабильности и длительной социальной дезориентированности населения, могут сказываться на протяжении десятилетий.

В рамках экологических закорочек посреди часто провоцируемых сильными землетрясениями, то есть вторичных, последствий следует отметить (на фоне повреждения и смерти ландшафтных и культурных памятников и нарушения среды обитания как такой) такие, как возникновение эпидемий и эпизоотий, рост заболеваний и нарушение воспроизводства населения, сокращение пищевой базы (смерть запасов, утрата скота, вывод из строя либо ухудшение свойства сельскохозяйственных угодий), неблагоприятные конфигурации ландшафтных условий (к примеру, оголение горных склонов, заваливание долин, гидрологические и гидрогеологические конфигурации), ухудшение свойства атмосферного воздуха из-за туч поднятой пыли и появления аэрозольных частиц в итоге возникающих при землетрясении пожаров, понижение свойства воды, а также свойства и ёмкости рекреационно-оздоровительных ресурсов. Действие мощных землетрясений на природную среду (геологическую среду, ландшафтную оболочку) может быть очень разнообразным и значимым, хотя в большинстве случаев ареал (зона) конфигураций не превосходит 100-200км. Посреди прямых, более выразительных и важных действий выделим следующие. Геологические, гидрологические и гидрогеологические, геофизические, геохимические, атмосферные, биологические.

Природно-техногенные последствия землетрясений сказываются на природной среде охваченного землетрясением района в итоге нарушения (разрушения) искусственно созданных сооружения (объектов). Сюда можно отнести, в первую очередь, следующие:

1. Пожары на объектах антропогенной среды, ведущие к экологическим последствиям.

2. Прорыв водохранилищ с образованием водяного вала ниже плотин.

3. Разрывы нефти, газо и водопроводов, разлитие нефтепродуктов, утечка газа и воды.

4. Выбросы вредных химических и радиоактивных веществ в окружающую среду, вследствие повреждения производственных объектов, коммуникаций, хранилищ.

5. Нарушение надёжности и безопасного функционирования военно-промышленных и военно-оборонительных систем, спровоцированные взрывы боеприпасов.

Приведённый выше перечень последствий землетрясений, быстрее всего, не полон, в особенности в отношении отдалённых последствий, част которых нам ещё неизвестна. Но и посреди перечисленных некие не имеют пока довольно определённых количественных черт и соответственно не могут быть оценены по степени угрозы и объёму причиняемого вреда с нужной полнотой и надёжностью.

Лучше остальных известны геологические признаки, для которых в настоящее время можно привести количественные свойства в соотношении с силой землетрясений. Представление о размерах очагов (в проекции на земную поверхность) для землетрясений различной силы даёт таблица. (В данном случае таблица №2)

Таблица№1

Эти величины приблизительно определяют и ареалы разрушительных последствий. Как видно из таблицы(№2), эти ареалы могут обхватывать площади в сотни и тысячи, а при самых мощных землетрясениях в десятки тысяч квадратных километров.[10]

Ясно, что столь бессчетные и значительные нарушения ландшафтной среды (и, естественно, биосферы) не могут не повлечь за собой нарушения экологических условий на этих и прилегающих площадях. Более важные и просто выявляемые выражаются в ликвидировании растительного покрова, местообитания животных (а тотчас и их самих, равно как и людей), в нарушениях обычных местообитаний и наземных миграционных путей, изменении акварежима, перераспределении аквазапасов, ухудшении свойства кормовых угодий и т.д.[27]

3.2 Влияние землетрясений на хозяйственную деятельность человека

Землетрясения наиболее известны по тем опустошениям, которые они способны произвести. Разрушения зданий и сооружений вызываются колебаниями почвы или гигантскими приливными волнами (цунами), возникающими при сейсмических смещениях на морском дне.

Землетрясение в различной степени влияет на хозяйственную деятельность. Социально-экономические последствия являются одним из видов ущерба и включают в себя - утрату какого-либо вида собственности, затраты на переселение людей, выплату компенсаций пострадавшим, упущенную выгоду, нарушение хозяйственной деятельности, ухудшение условий жизнедеятельности людей.

На макроэкономическом уровне возникновение чрезвычайной ситуации, как правило, ведёт к:

- нарушению функционирования экономической системы страны и (или) её крупной хозяйственной подсистемы регионального уровня;

- прямому уничтожению (выбытию) производственных и иных ресурсов или исключению их из хозяйственного оборота;

- сокращению возможностей обеспечения конкретных общественных потребностей, в том числе к созданию прямых угроз жизнеобеспечению населения.[37]

Мгновенные социальные и экономические последствия землетрясений:

1. Потеря жилья

2. Потеря промышленной продукции

3. Непромышленные Потери в бизнесе

4. Ущерб инфраструктуре

5. Разрушение транспортных систем

6. Разрушение коммуникаций

7. Общественные беспорядки

Все это способствует нанесению урона экономике страны в целом и в следствии больших денежных затрат на её восстановление. Например одно из крупнейших землетрясений в истории Японии произошло утром во вторник 17 января 1995 года Магнитуда составила 7,3 по шкале Рихтера. По подсчётам во время землетрясения погибло 6 434 человек. Последствия стихии: разрушение 200000 зданий, 1 км скоростного шоссе Хансин, уничтожение 120 из 150 причалов в порту Кобе, нарушения электроснабжения города. Жители боялись вернуться домой из-за подземных толчков, которые продолжались несколько дней. Ущерб составил примерно десять триллионов иен или 102,5 млрд долларов США, или 2,5 % от ВВП Японии в то время. Ленинаканское землетрясение -- катастрофическое землетрясение магнитудой 7,2 по шкале Рихтера, произошедшее 7 декабря 1988 года в 10 часов 41 минуту по московскому времени на северо-западе Армянской ССР. В результате землетрясения были полностью разрушены город Спитак и 58 сёл; частично разрушены города Ленинакан (ныне Гюмри), Степанаван, Кировакан (ныне Ванадзор) и ещё более 300 населённых пунктов. Погибли по крайней мере 25 тысяч человек, 514 тысяч человек остались без крова. В общей сложности, землетрясение охватило около 40 % территории Армении. Из-за риска аварии была остановлена Армянская АЭС.

Другой опасностью при землетрясениях являются - извержения вулканов. Извержения вулканов относятся к геологическим чрезвычайным ситуациям, которые могут привести к стихийным бедствиям

При катастрофических извержениях пеплом и раскаленным лавовым материалом сжигаются и перекрываются леса, луга, села и города, погибают люди. Всего же в ХХ столетии только крупнейшие извержения уничтожили растительный покров на площади около 0,2 миллиона гектаров и существенно разрушили его на значительно большей площади. Вследствие вулканических извержений на крышах зданий накапливаются мощные слои пепла, что грозит их обрушением. Попадание в легкие мельчайших частиц пепла приводит к падежу скота. Взвесь пепла в воздухе представляет опасность для автомобильного и воздушного транспорта. Часто на время пеплопадов закрывают аэропорты.

Извержение вулкана представляет собой опасность для авиации (главным образом, из-за пепла и дыма, которые выбрасываются в атмосферу в виде огромных облаков на высоту до десяти километров, а то и выше). Как поясняют пилоты, полеты сквозь облако вулканической пыли и пепла опасны по многим причинам: во первых, пепел может осесть в двигателе и сгореть там, покрыв внутренние поверхности двигателя субстанцией наподобие глазури, что может привести к остановке двигателя. Во-вторых, когда самолет попадает в такое облако, пепел и дым снижают видимость, что очень мешает пилоту. Появляется "эффект песчаной струи". Это значит, что при попадании твердых частиц пепельного облака на покрытие самолета, оно становится как бы отшлифованным, это может привести к тому, что через стекла кабины ничего не будет видно.[32]

Вулканические газы, выделяемые вулканами любого типа, поднимаются в атмосферу и обычно не причиняют вреда, однако частично они могут возвращаться на поверхность Земли в виде кислотных дождей. Иногда рельеф местности способствует тому, что вулканические газы (сернистый газ, хлористый водород или углекислый газ) распространяются близ поверхности земли, уничтожая растительность или загрязняя воздух в концентрациях, превышающих предельные допустимые нормы. Вулканические газы могут наносить и косвенный вред. Так, содержащиеся в них соединения фтора, захватываются пепловыми частицами, а при выпадении последних на земную поверхность заражают пастбища и водоемы, вызывая тяжелые заболевания скота. Таким же образом могут быть загрязнены открытые источники водоснабжения населения.

Особoе влияние вулканическая деятельность оказывает на почвообразование. Вулканические почвы (андосоли) относятся к особому классу почв, своеобразие которых проявляется в минералогических, химических, гранулометрических и других свойствах.( С. В. Зонн 1986).

В результате постоянного отложения аэральных пеплов образуются слоистые почвы, профиль которых представляет чередование пепловых прослоек и погребенных гумусовых горизонтов. Такие почвы отличаются рыхлым сложением, большой водопроницаемостью, хорошей аэрацией, высоким потенциальным плодородием.

Скорость нарастания почвенного профиля сверху благодаря отложениям аэральной пирокластики зависит от расстояния до очагов вулканизма.

Другими словами Вулканический пепел богат микроэлементами. Благодаря этому, почва рядом с вулканами очень плодородна. Например, в окрестностях Везувия и Этны развито сельское хозяйство.[39]

3.3 Влияние землетрясений на здоровье человека

Американские медики опубликовали наблюдения над состоянием некоторых людей перед подземными возмущениями. У тридцатипятилетней жительницы одного из небольших городов на западе Соединенных Штатов Шарлотты Кинг головные боли предшествуют резким усилениям местной сейсмической н вулканической активности. По этому признаку Ш. Кинг предсказала извержение вулкана Сант-Хелен 9 мая и калифорнийские землетрясения 26 апреля и 17 июля 1981 года. Это сообщение не содержит необходимых для критического анализа исходных данных, и потому по существу его проверить трудно. Но допустить справедливость вполне возможно. Покопавшись в специальной литературе тех лет, когда сейсмология в значительной мере оставалась описательной, можно найти отдельные прочно забытые сведения.

Например, случаи, когда перед землетрясениями у некоторых люден отмечалась неясная тревога и томление (перед Ашхабадским землетрясением 1948 года), головная боль (перед Казанджикским землетрясением 1946 года), тоскливое и крайне беспокойное состояние (землетрясение 1899 года в Карее). Возможно, и кое-кто из читателей журнала испытал нечто подобное и захочет поделиться своими воспоминаниями. Такие сообщения не имеют силы научных фактов, но могут побудить медиков к научным наблюдениям.

Пока что приходится констатировать: специальные медицинские обследования перед землетрясениями не проводились. Поэтому квалифицированными детальными наблюдениями наука не располагает. Может быть, для нашей цели можно использовать медицинские наблюдения во время землетрясений?

Насколько известно, только при Ташкентском землетрясении удалось изучить влияние подземных толчков на состояние здоровья людей. На статистическом материале медики убедительно показали увеличение в Ташкенте в 1966 году по сравнению с предыдущими и последующими годами острых приступов стенокардии, инфаркта миокарда, гипертонических кризов, нарушений мозгового кровоснабжения, эндокринных заболеваний. Отмечена прямая зависимость количества сосудистых заболеваний от силы и частоты подземных толчков. Появился даже такой медико-сейсмологический термин: «синдром землетрясения».[43]

Проведено одно строгое исследование течения болезни у гипертоников перед и после землетрясения. Гипертонические кризы в течение пятидневки за год до землетрясения возникали столь же редко, как и в течение пяти дней перед землетрясением. За пятидневку после первого толчка в Ташкенте число кризов возросло и увеличилась их тяжесть.В середине 1982 года появилась еще одна публикация. Ташкентские сейсмологи и медики проанализировали статистические данные по вызовам врачей «скорой помощи» перед восьмибалльным землетрясением 11 декабря 1980 года с эпицентром вблизи города. Количество вызовов выросло в течение десяти дней перед землетрясением в три раза с пиком за три дня до события. К сожалению, этот период пришелся на ежегодное увеличение простудно-гриппозных заболеваний в городе, и интерпретация не может быть однозначной. Когда обработали данные о вызовах раздельно по наиболее близкому и наиболее удаленному от эпицентра участкам, оказалось, что количество вызовов перед землетрясением резко увеличилось в первом случае и совсем не изменилось, во втором. По отдельности были рассмотрены заболевания психические, сердечно-сосудистые и нервной системы. Перед землетрясением - за шесть дней - наблюдался максимум (до 230 процентов) психических заболеваний. Сами исследователи признают результаты предварительными, и действительно, в методике еще много неясного. Но главное - исследования начаты и пути нащупываются.Промелькнуло сообщение об исследовании болгарских ученых в этой области. По их наблюдениям, некоторые даже здоровые люди за несколько часов до землетрясения ощущали безотчетный страх, головокружение, слабость. Конечно, один-два примера ни о чем не говорят. Нужны и массовые, и более тонкие исследования, да и подбор людей-детекторов должен быть избирательным.