Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Об оползневой и селевой опасностях на вулканах.

Постоев Г.П. // III Международная конференция «Селевые потоки: катастрофы, риск, прогноз, защита»: сборник докладов. Южно-Сахалинск, 22-26 сентября 2014 г. С. 133-136. Читать…

!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!

 

вулкан сент хеленс оползень постоев

Аннотация

Рассматриваются условия развития оползней и селей на вулканах. Отмечается, что причиной активизации селей на склонах вулканов является возникновение и развитие оползней различных типов. Особую опасность представляют глубокие массивные оползни, захватывающие значительную часть вулканической постройки, подвижки которых могут перекрывать каналы подъема магмы с возникновением условий для проявления разрушительного извержения в виде «направленного взрыва». Представлено описание механизма развития глубокого оползня, формирование которого связано с возникновением предельного состояния на потенциально деформирующемся горизонте вулканической постройки под возрастающим давлением верхних пластов вулканических отложений, и даны уравнения предельного состояния. Рассмотрены факторы, определяющие активность оползней и селей на вулканах.

Ключевые слова: вулканы, глубокие оползни, предельное состояние, сели.

Известно, что преобразование поверхности вулканов связано не только с периодическими извержениями, но и с развитием оползневых и селевых процессов. В Курило-Камчатском регионе действует 68 вулканов с почти ежегодным извержениемкакого-либо из них. Активная оползневая деятельность, а также и развитие селевых потоков, отмечается на многих вулканах, как действующих, так и потухших. Причиной активизации селей на склонах вулканов нередко являются оползневые подвижки. Активная вулканическая деятельность, крутые склоны, сейсмические воздействия благоприятствуют развитию оползневого процесса с проявлением оползней всех типов (Постоев и др.,2001). Среди них особую опасность представляют глубокие массивные оползни, захватывающие значительную часть вулканической постройки, подвижки которых могут перекрывать каналы подъема магмы с возникновением условий для проявления разрушительного извержения в виде «направленного взрыва».Подобное катастрофическое событие произошло в мае 1980г. на северо-западе США при оползании массива верхней части вулкана Сент-Хеленс и последующего его извержения.Оползневое перемещение крупных массивов вулканической постройки способствует образованию при извержении своеобразных овальных кратеров (рис.1). При этом происходит взаимовлияние процессов извержения магмы и оползневых подвижек с созданием условий, благоприятных к проявлению взрывного характера извержения (чередование перекрытия и освобождения выводного канала вулкана).Мелекесцевым И.В. и Брайцевой О.А. выявлено свыше 100 гигантских обвально-оползневых цирков на вулканах Камчатки и Курильских островов, большинство из которых имеет голоценовый возраст. И в катастрофических извержениях на вулканах Харимкотан (1933 г.), Безымянный (1956 г.) и Шивелуч (1964 г.) проявились следы глубоких оползневых подвижек.
постоев-рис1 План и схематический разрез по створу А-А’ влк. Безымянный
Рис. 1. План и схематический разрез по створу А-А’влк. Безымянный (Адушкин и др.,1990 г.). Контур овальной выемки после катастрофического извержения, произошедшего в марте 1956г., на плане показан пунктиром и на разрезе А-А’– сплошной линией.

В соответствии смеханизмом развития глубокого оползня на этапе подготовки оползневого массива в вулканической постройке происходит сжатие (раздавливание) вулканических отложений под весом вышележащих, прилегающих к куполу слоев. При этом в грунтах, прочность структурного каркаса которых ниже возрастающего давления верхних пластов, действует боковой распор (распорное горизонтальное давление). Данному активному распорному давлению противодействует со стороны склона меньшее относительно постоянное (вес склоновых отложений-пригрузка) горизонтальное давление в потенциально деформирующемся горизонте вулканической постройки.Когда величина вертикальной указанной пригрузки оказывается недостаточной, чтобы уравновесить возрастающее активное распорное давление, центральная часть вулканического массива, оседает и отделяется от тыловой части отвесной трещиной (стенкой срыва). Отделившийся массив смещается по почти горизонтальной поверхности скольжения, пересекающей центральный и побочные вертикальные каналы вулкана (рис.2).
постоев-рис2-2 Схема к анализу формирования предельного состояния и поверхности скольжения глубокого оползня в массиве вулкана
Рис. 2. Схема к анализу формирования предельного состояния и поверхности скольжения глубокого оползня в массиве вулкана. 1 – контур промежуточного положения купола вулканической постройки; 2 – контур купола после извержений; 3 – поверхность скольжения глубокого оползня; 4 – контур вулкана вследствие оползневой подвижки; a и p – зоны соответственно активного вертикального давления растущего купола и пассивного давления склоновых отложений на горизонт формирования предельного состояния и поверхности скольжения; 5 – граница между зонами «a» и «p»; 6 – оползневые трещины; 7 – выводной канал; 8 — тело оползня.

Уравнение предельного равновесия вулканической постройки, когда массив вулкана проседает под увеличивающейся нагрузкой растущего вследствие извержения вершинного купола, имеет вид (Постоев, 2013 г.)
ф1формула расчета оползневой опасности, (1)

где σ1a,cr – предельное значение вертикального давления толщи вулканических отложений центральной части конуса над горизонтом формирования поверхности скольжения глубокого оползня, σ1a,cr=γZa (где γ – средний удельный вес грунтов, залегающих над рассматриваемым горизонтом); σ1p,cr – предельное значение вертикального давления склоновых отложений вулканической постройки, осуществляющих пассивную пригрузку формируемого тела оползня, σ1p,cr = γZp; σstr и φ – средние значения структурной прочности и угла внутреннего трения грунтов, залегающих на горизонте образования пологой части поверхности скольжения в массиве вулкана, ; m – коэффициент бокового давления грунта в предельном состоянии по Кулону-Мору.

В соответствии с формулой (1) формирование глубокого оползня в массиве вулкана подобно нарушению несущей способности грунтового основания под фундаментом. Как и в грунтовом основании в активной зоне (a) происходит рост вертикального давления σ1a. Под действием σ1aв массиве возникают распорные горизонтальные напряжения, которые, принимая дневную поверхность массива мощностью Za горизонтальной (при этом напряжения, нормальные к горизонтальным площадкам являются главными), определяются по выражению σ3a = σ2a=σ1atg2(45- φ/2). Предельное состояние на глубине Za, возникает, когда фактическое значение пригрузки γZpстановится критическим, практически остающимся постоянным при росте σ1a.

Оползневое деформирование вулканической постройки может происходить и по другому механизму. Выводной (питающий) канал 7 (см. рис.2), в результате временного прекращения извержения, на горизонте возможного формирования поверхности скольжения может быть перекрыт застывшей лавой. При возобновлении извержения может образоваться побочный вулкан с выходом магмы на откос вулкана. При этом давление магмы и образование кратера могут снизить пригрузку γZp до критического уровня.

Предельное состояние массива на рассматриваемом горизонте формирования поверхности скольжения, как установлено для блоковых оползней, описывается уравнением:
ф2 формула расчета оползневой опасности.(2)

Здесь формирование предельного состояния происходит вследствие разгрузки напряжений σ1p(под откосом) при σ1a=const (под куполом вулкана).

Разработанная технология позволяет выявлять потенциально деформирующийся горизонт в вулканической постройке для прогнозирования возможного развития глубоких оползневых подвижек. Следует отметить, что смещающийся оползневой массив в процессе формирования и движения разбивается на отдельные блоки с образованием на склонах ряда глубоких трещин, по которым возможна активизация селевого процесса. Кроме угрозы разрушительного извержения вследствие перекрытия каналов телом оползня имеется опасность катастрофического спуска (по оползневым трещинам) верхних озер (в виде селя), которые нередко образуются в кальдерах.

Опасность развитияглубоких оползневых подвижек вулканических построек и их влияние на катастрофический характер возможных извержений требует необходимости мониторинга не только за осадками вулканов, но и за их смещениями по оползневому механизму.

Литература

1. Постоев Г.П., Шеко А.И., Крестин Б.М. Катастрофические оползни, связанные с вулканической деятельностью // Гидрогеология, инж. геология. Обзор.М.:ЗАО«Геоинформмарк»,2001.35с.

2. Адушкин В.В., Перник Л.М., Скоблин М.Г. Об энергии вулканических взрывов//Вулканол. и сейсмология.1990. №4.С.60-66.

3.Постоев Г.П. Предельное состояние и деформации грунтов в массиве (оползни, карстовые провалы, осадки грунтовых оснований) М.; СПб.: Нестор-История, 2013. 100с.

ABOUT LANDSLIDE AND DEBRIS FLOW HAZARDS ON VOLCANOES

G.P. Postoev

Sergeev Institute of Environmental geosciences of RAS, Moscow, Russia

The conditions of development of landslides and mudflows on volcanoes are considered. It is noted that the reasons for the activation mudflows on the slopes of the volcanoes results from the formation of landslides of different types. The particular danger representdeep massive landslides, whichinvolve into displacement significant part of the cone. Thesedisplacements can block the channels of the rise of magma, formingthe conditions of the development of destructive eruptions in the form of the «directed blast». The mechanism of the development of deep landslides is explained.The formation of deep landslides is connected with the occurrence of the limiting state at the potentially deformable horizon of the volcanic cone under the conditions of the increasing pressure of the upper layers of volcanic deposits.The equations of the limiting state are given. The factors that determine the intensity of landslides and mudflows on the volcanoes are considered.

Key words: volcanoes, deep landslides, limiting condition, mudflow.