Spectral Characteristics for Earthquakes of Klyuchevskoy Group of Volcanoes

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The Klyuchevskoy group of volcanoes is a unique research object, also from a seismological point of view. Classical high-frequency and long-period earthquakes of varying depths are being observed here, and the installation of temporary stations as part of the KISS project has made it possible to apply new methods to classify the observed seismicity. Two methods for determining seismic moments are used in the study. The spectral ratio method is used for the first time, which makes it possible to estimate the seismic moments of source spectra for the magnitude range Mw = 1–3. An independent assessment of seismic moments is also performed using a spectral method based on the level of low-frequency plateau of the amplitude displacement spectrum of body waves, and relation with the local magnitude is studied.

Full Text

Restricted Access

About the authors

A. P. Molokova

Lomonosov Moscow State University; Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: molokova.ap18@physics.msu.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 117997

A. A. Skorkina

Institute of Earthquake Prediction Theory and Mathematical Geophysics of the Russian Academy of Sciences

Email: molokova.ap18@physics.msu.ru
Russian Federation, Moscow, 117997

V. B. Smirnov

Lomonosov Moscow State University; Schmidt Institute of Physics of the Earth of the Russian Academy of Sciences

Email: molokova.ap18@physics.msu.ru
Russian Federation, Moscow, 119991; Moscow, 123242

References

  1. Абубакиров И.Р., Гусев А.А., Гусева Е.М., Павлов В.М., Скоркина А.А. Массовое определение моментных магнитуд Mw и установление связи Mw–ML для камчатских субдукционных землетрясений // Физика Земли. 2018. № 1. С. 158–172.
  2. Гусев А.А., Скоркина А.А. Эмпирические спектральные характеристики среды вблизи сейсмических станций сильных движений Камчатки // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. № 2. С. 275–287.
  3. Гусев А.А., Скоркина А.А., Чебров Д.В. Очаговые спектральные параметры землетрясений Восточной Камчатки диапазона Mw = 3–6 по данным поперечных волн // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2017. № 3. Вып. 35. С. 36–49.
  4. Кирюхин А.В., Бергаль-Кувикас О.В., Лемзиков М.В., Журавлев Н.Б. Магматическая система Ключевского вулкана по сейсмическим данным и их геомеханической интерпретации // Записки горного института. 2023. № 263. С. 698–714.
  5. Лемзиков В.К., Лемзиков М.В. Оценки поглощения энергии сейсмических волн на близких расстояниях от вулкана Кизимен (Камчатка) // Вулканология и сейсмология. 2020. № 4. С. 3–12.
  6. Молокова А.П. Идентификация типов вулканических землетрясений под Ключевской группой вулканов на Камчатке. Бакалаврский диплом. МГУ, Москва. 2022 г. 55 с.
  7. Сенюков С.Л., Дрознин Д.В., Дрознина С.Я., Шапиро Н.М., Нуждина И.Н., Кожевникова Т.Ю., Соболевская О.В., Назарова З.А., Должикова А.Н., Толокнова С.Л., Карпенко Е.А. Каталог землетрясений по данным сети KISS в 2015–2016 гг. Проблемы комплексного геофизического мониторинга сейсмоактивных регионов. 2021. C. 216–220.
  8. Скоркина А.А., Гусев А.А. Определение набора характерных частот очаговых спектров для субдукционных землетрясений Авачинского залива (Камчатка) // Геология и геофизика. 2017. Т. 58. № 7. С. 1057–1068.
  9. Федотов С.А. Магматические питающие системы и механизм извержений вулканов. М.: Наука. 2006. 455 с
  10. Черкашин Р.И., Бергаль-Кувикас О.В., Чугаев А.В., Ларионова Ю.О., Биндеман И.Н., Хомчановский А.Л., Плутахина Е.Ю. Условия генерации и источники магм вершинного и побочного извержений вулкана Ключевской в 2020–2021 гг.: изотопно-геохимические (Sr-Nd-Pb-O) данные // Петрология. 2023. Т. 31. С. 264–280.
  11. Шапиро Н.М., Гордеев Е.И., Абкадыров И.Ф., Кулаков И.Ю., Яковлев А.В. Широкомасштабный полевой сейсмологический эксперимент для изучения Ключевской группы вулканов // Вестник ДВО РАН. 2017. № 1 (191). С. 75–78.
  12. Шебалин П.Н., Гвишиани А.Д., Дзебоев Б.А., Скоркина А.А. Почему необходимы новые подходы к оценке сейсмической опасности? // Докл. РАН. 2022. Т. 507. № 1. С. 91–97.
  13. Abercrombie R.E. Investigating uncertainties in empirical Green’s function analysis of earthquake source parameters // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2015. V. 120. № 6. P. 4263–4277.
  14. Aso N., Tsai V.C. Cooling magma model for deep volcanic long-period earthquakes // Journal of Geophysical Research. 2014. V. 119. P. 8442–8456.
  15. Bergal-Kuvikas O., Nakagawa M., Kuritani T., Muravyev Y., Malik N., Klimenko E., Amma-Miyasaka M., Matsumoto A., Shimada S. A petrological and geochemical study on time-series samples from Klyuchevskoy volcano, Kamchatka arc // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2017. V. 172. P. 1–16.
  16. Bergal-Kuvikas O.V., Chugaev A.V., Larionova Y.O., Cherkashin R.I., Nuzhdaev I.A., Muravyev Y.D. Major, Trace Element and Sr–Nd–Pb Isotopic Geochemistry of Gorshkov Vent (18.02–21.03.2021), Klyuchevskoy Volcano (Kamchatka, Russia): Restarting a New Cycle of Volcanic Activity? // Geochemistry International. 2023. V. 61. № 3. P. 302–309.
  17. Brune J.N. Tectonic stress and the spectra of seismic shear waves from earthquakes // Journal of Geophysical Research. 1970. V. 75. № 26. P. 4997–5009.
  18. 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.
  19. Kanamori H. The energy release in great earthquakes // Journal of Geophysical Research. 1977. V. 82. № 20. P. 2981–2987.
  20. Keilis-Borok V.I. Investigation of the Mechanism of Earthquakes. Soviet Research in Geophysics (English translation). 1960. V. 4. № 29. 201 p.
  21. Kettlety T., Kendall J. M., Roman D.C. Self‐similarity of seismic moment release to volume change scaling for volcanoes: a comparison with injection‐induced seismicity // Geophysical Research Letters. 2022. V. 49. № 23. e2022GL099369.
  22. Koulakov I., Shapiro N., Sens‐Schönfelder C., Luehr B., Gordeev E., Jakovlev A., Abkadyrov I., Chebrov D., Bushenkova N., Droznina S., Senyukov S., Novgorodova A., Stupina T. Mantle and crustal sources of magmatic activity of Klyuchevskoy and surrounding volcanoes in Kamchatka inferred from earthquake tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2020. V. 125. № 10. e2020JB020097.
  23. Mayeda K., Malagnini L., Walter W. A new spectral ratio method using narrow band coda envelopes: Evidence for non‐self‐similarity in the Hector Mine sequence // Geophysical Research Letters. 2007. V. 34. № 11. L11303.
  24. McNutt S.R., Roman D.C. Volcanic seismicity. The Encyclopedia of Volcanoes. 2015. P. 1011–1034.
  25. Melnik O., Lyakhovsky V., Shapiro N., Galina N., Bergal-Kuvikas, O. Degassing of volatile reach basaltic magmas: source of deep long period volcanic earthquakes // Nature Communication. 2020. V. 11. № 1. P. 3918.
  26. Ruhl C.J., Abercrombie R.E., Smith K.D. Spatiotemporal variation of stress drop during the 2008 Mogul, Nevada, earthquake swarm // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2017. V. 122. № 10. P. 8163–8180.
  27. Sarao A., Moratto L., Giampiccolo E., Cocina O. Moment magnitude for earthquakes in the Etna volcano area // Geophysical Journal International. 2023. V. 234. № 3. P. 2519–2533.
  28. Shapiro N. M., Droznin D.V., Droznina S.Ya., Senyukov S.L., Gusev A.A., Gordeev E.I. Deep and shallow long-period volcanic seismicity linked by fluid-pressure transfer // Nature Geoscience. 2017. V. 10. № 6. P. 442–445.
  29. Wells D.L., Coppersmith K.J. New empirical relationships among magnitude, rupture length, rupture width, rupture area, and surface displacement // Bulletin of the Seismological Society of America. 1994. V. 84. № 4. P. 974–1002.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Location map of the temporary stations of the KISS experiment. Blue circles - temporary stations; red stars - volcano tops.

Download (751KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of records by local ML magnitude and hypocentral distance. The points of recordings with optimal signal-to-noise ratio and those used in the present study are marked in blue.

Download (462KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Histogram of earthquake depth distribution under the Klyuchevskaya group of volcanoes.

Download (466KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Map (a) and section (b) with earthquakes under the KGV recorded as part of the KISS experiment. Blue circles - HF earthquakes; red circles - DP earthquakes; black stars - volcano tops.

Download (936KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Event records (top) and their corresponding Fourier spectra of signal and noise (bottom) normalised to the maximum amplitude from the signal/noise spectrum. Blue, noise record; orange, event record. For the left HF earthquake record: SNR = 2.7, SNR* = 0.6; for the right HF earthquake record: SNR = 3.6, SNR* = 3.0.

Download (723KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Focal displacement spectra (FDS) of strong and weak DP (a) and HF (b) earthquakes, the colour is assigned automatically according to the value of magnitude ML, which is retrieved from the KF catalogue. The parameters of DP earthquakes are 2015.11.28 15:54:05 with ML = 2.45 and 2015.11.28 14:37:21 with ML = 1.0; HF earthquakes are 2015.10.20 17:06:30 with ML = 2.65 and 2015.11.20 12:28:19 with ML = 1.6.

Download (724KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Spectral ratios of strong event to weak event for a pair of DP (a) and HF (b) earthquakes whose spectra are shown in Fig. 6.

Download (643KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Individual station displacement spectra (on the ordinate axis - OSS or focal displacement spectrum) for the earthquake 2015.11.28 (Mw = 2.1). The straight line is the level of the site of the interstation median of the spectrum at low frequencies, by which the seismic moment is determined.

Download (207KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of the obtained moment magnitudes Mw on the local magnitude ML for high-frequency (blue) and long-period (red) earthquakes.

Download (420KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».