Динамическая модель вулканического процесса и ее использование в палеовулканологических реконструкциях

• Автор: Малышев, Александр Иванович
• Шифр специальности: 04.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 359 с. : ил.

Актуальность проблемы
В своих исследованиях геологи сталкиваются лишь с последствиями развития процессов, связанных с эволюцией вещества Земли. В ходе интерпретации тех или иных геологических структур они вынуждены оперировать определенными представлениями о характере и закономерностях развития этих процессов. Действующий вулкан является единственным источником информации о процессах формирования вулканических горных пород, о реальных закономерностях развития магматических систем, о динамике процессов, в них происходящих, что делает задачу изучения его закономерностей особенно актуальной.
Цель работы
Выявление наиболее общих закономерностей развития вулканического процесса.
Задача исследований
Создание динамической модели вулканического процесса.
Метод исследования
В основу исследования положен системный анализ.
Фактический материал и выбор объекта исследований
В качестве объекта исследований выбран вулкан Безымянный. Этот вулкан является не только одним из наиболее активных вулканов мира, но и, пожалуй, единственным вулканом со столь быстрой эволюцией эруптивного процесса с течением времени. Именно эта эволюция, накладывающая отпечаток на каждое из извержений и определяющая их своеобразие и неповторимость, обусловила возможность получения за сравнительно небольшой период времени достаточно представительного ряда наблюдательных данных. За 7 лет наблюдений (1980-1987 гг.) автору представилась возможность изучить последовательность из 9 сравнительно кратковременных эксплозивно - эффузивных и 5 затяжных деформационно - экструзивно - эффузивных извержений. Можно с большой степенью вероятности утверждать, что для получения столь же представительного материала по другим, не менее активным, но более медленно эволюционирующим вулканам, потребовалось бы не одно столетие.
ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1. Причиной развития вулканического процесса в приповерхностных условиях является динамическая активность магматических систем, возникающая как следствие выделения из расплава кристаллической и газовых фаз.
СОДЕРЖАНИЕ.
2. Развитие вулканического процесса реализуется в форме полицикличе-ских автоколебаний, проявляющихся как в изменении количества поступающего на поверхность ювенильного материала, так и в циклической эволюции вулканического процесса по составу и формам извержений.
3. Количественная сторона указанного выше автоколебательного процесса описывается нелинейным дифференциальным уравнением второго порядка вида
сС'Х , —г = *

иІ)

где х - параметр, характеризующий развитие системы во времени I; коэффициент пропорциональности к , показатели степени нелинейности а и Я, а также скорость
изменения параметра в состоянии стационарного развития | — | - эмпирические
константы.
Научная новизна исследований
Впервые разработана динамическая модель вулканического процесса, адекватно описывающая динамику вулканических извержений и позволяющая качественно и количественно прогнозировать их развитие.
Практическая ценность исследований
Работа чрезвычайно важна для понимания процессов, происходящих при извержениях вулканов, имеет болыиое'значение для прогноза начала извержений и их развития и может оказать значительное влияние на парадигмы, существующие в настоящее время в магматической геологии и смежных областях геологического знания.
Разработанный метод математического моделирования включен в федеральную программу прогноза сейсмичности как один из наиболее перспективных методов краткосрочного прогноза разрушительных землетрясений и проходит испытания в районе Южных Курил.
Апробация
Основные положения работы докладывались на конференции «Повышение эффективности горных и геологоразведочных работ», VI Всесоюзном вулканологическом совещании, международном симпозиуме «Геодезия - сейсмология: деформации и прогноз», совещании «Синергетика геологических систем», международном симпозиуме Е11С9, международной конференции «Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы». По теме работы имеется 26 публикаций в российской и зарубежной печати, в том числе 2 препринта, подготовлена к изданию монография.

СОДЕРЖАНИЕ.
Объем работы
Работа имеет объем 24 авторских листа, 101 иллюстрацию и 16 таблиц, в которых использовано 247 штриховых. рисунков, графиков и черно-белых фотографий, библиографию 305 наименований, снабжена именным указателем и указателями рисунков и таблиц. Работа состоит из 3 частей. Первая часть - НАБЛЮДЕНИЯ - состоит из трех глав, содержащих фактический материал по геологическому положению, строению и истории развития вулкана, по динамике его исторических извержений и по составу извергающегося материала. Вторая часть - ТЕОРИЯ - состоит из двух глав и рассматривает качественный и количественный аспекты динамической модели вулканического процесса. Третья часть - ПРАКТИКА - также состоит из двух глав и рассматривает перспективы практического использования динамической модели вулканического процесса в плане прогноза извержений и оценивает ее возможное влияние на парадигмы магматической геологии и смежных областей геологического знания. Работа может быть полезна широкому кругу специалистов в областях вулканологии, магматической геологии и геофизики.

Часть I. НАБЛЮДЕНИЯ.
ны этой части вулкана осложнены экструзивными куполами разного возраста и состава. У западного подножия вулкана простирается обширное поле доисторического пирокласти-ческого потока. В пределах восточного подножия повсеместно доминируют отложения 1955-1956 гг., которые перекрыли все более древние образования. Абсолютная высота вулкана до извержения 1956 г. составляла 3085 м, а в 1976 г. - около 2886 м по кромке кратера и 2869.1 м - для внутрикратерного купола Новый. Размер кратера 2.8 х 1.3 км. На западном склоне в привершинной части остались фрагменты рытвины, которая была здесь хорошо морфологически выражена и до извержения 1955-1956 гг. (рис. 115-2).
Рис. 115 - 3. Блок - диаграмма вулкана Безымянного по состоянию на 1979 год.
Условные обозначения; I - постройка сомма-Безьшянного; II - стабильная экструзивная часть современной постройки: III - активный восточный блок; 1 - породы экструзивного купола; 2 - лавовые потоки сом-ма-Безымянного; 3 - зона мегабрекчий; 4 - предполагаемое положение магмоподводящего капала; 5 - современные лавовые потоки; 6 - мантия экструзивного купола; 7 - вулканокластические отложения последних извержений.
За время, прошедшее после извержения 30 марта 1956 г. внутри кальдеры сформировалась современная часть постройки вулкана, три четверти которой занимает экструзивный купол, рост которого начался непосредственно после этого извержения. Четвертую часть современной постройки вулкана занимает активный восточный блок, с которым связаны все извержения вулкана, по крайней мере, с середины 70-х годов. По сути, этот блок представляет собой своеобразную переходную форму между экструзивным куполом и стратовулканом.
Ее возникновение обусловлено, во-первых, тем, что в середине 70-х годов в восточной части экструзивного купола проработался постоянный магмоподводящий канал, что и вызвало локализацию извержений. Во-вторых, с 1976 г. извержения вулкана сопровождаются излиянием лавовых потоков, что ведет к образованию в этой части постройки вулкана стратовулканического комплекса. В то же время, еще не потерял своего значения экструзивный процесс, которым в большей или меньшей степени охватывается постройка восточного блока в преддверии эксплозивно - эффузивных извержений. Это обстоятельство является третьей причиной формирования своеобразной структуры восточного блока.