Submit an Article
Become a reviewer
Vol 263
Download volume:
Research article

Magmatic system of the Klyuchevskoy volcano according to seismic data and their geomechanical interpretation

Aleksei V. Kiryukhin1
Olga V. Bergal-Kuvikas2
Mikhail V. Lemzikov3
Nikita B. Zhuravlev4
About authors
  • 1 — Ph.D., Dr.Sci. Petropavlovsk-Kamchatsky Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS ▪ Orcid
  • 2 — Ph.D. Senior Researcher Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS ▪ Orcid
  • 3 — Junior Researcher Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS ▪ Orcid
  • 4 — Junior Researcher Institute of Volcanology and Seismology FEB RAS ▪ Orcid
Date submitted:
Date accepted:
Date published:


3D analysis of the magma transport and accumulation mechanism in the structure and basement of the Klyuchevskoy volcano preceding 11 eruptions in 2003-2021 has been performed. Using the Frac-Digger method and seismological data from the Kamchatka Branch Federal Research Center United Geophysical Survey Russia Academy of Sciences it has been shown that magma transport from the deep crustal magma chamber (−30 km) is carried out in the vertical fracturing (dykes) mode to the peripheral shallow magma chamber (+1 km). The feeding dykes orientation corresponds to geomechanical conditions of radial or N-NNE extension. This is followed by inclined dykes and sills of various orientations from the peripheral magmatic chamber. Magma accumulation in the peripheral magmatic chamber in the form of sills (in the horizontal fracturing mode at elevations of +0,3 to +2,3 km) contributes to the efficiency of magma degassing and heat exchange with meteoric waters, and to the formation of a high-pressure vapour-gas reservoir with subsequent venting of the volcano channel and its eruption. Three-dimensional analysis of the distribution of flank eruptions of the Klyuchevskoy volcano in 1932-2021 (16 cinder cones) shows their association with two main low-inclined structural surfaces. Changes in the drainage level of the magmatic system are reflected in the volumes and geochemical history of the 1932-2021 flank eruption products.

volcano Klyuchevskoy magma dyke Frac-Digger
Go to volume 263


  1. Кирюхин А.В. Геотермофлюидомеханика гидротермальных, вулканических и углеводородных систем. СПб: Эко-Вектор Ай-Пи, 2020. 431 c.
  2. Reed M., Palandri J. Ascent and cooling of magmatic fluids: Precipitation of vein and alteration minerals / Water-Rock Interaction XIII. London: Taylor & Francis Group, 2010. 1008 p.
  3. Кирюхин А.В., Федотов С.А., Кирюхин П.А. Магматические системы и условия глубинной гидротермальной циркуляции Ключевской группы вулканов по данным локальной сейсмичности и термогидродинамического моделирования // Вулканология и сейсмология. 2018. № 4. С. 3-14. DOI: 10.1134/S020303061804003X
  4. Дядькин Ю.Д. Основы геотермальной технологии. Л.: Ленинградский горный институт, 1985. 175 с.
  5. Гирина О.А., Гордеев Е.И., Озеров А.Ю. и др. 30 лет Камчатской группе реагирования на вулканические извержения (KVERT) // Материалы XXVI ежегодной научной конференции, посвященной Дню вулканолога «Вулканизм и связанные с ним процессы», 30-31 марта 2023, Петропавловск-Камчатский. Петропавловск-Камчатский: Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, 2023. С. 34-37.
  6. Azizah Al Shehri, Gudmundsson A. Modelling of surface stresses and fracturing during dyke emplacement: Application to the 2009 episode at Harrat Lunayyir, Saudi Arabia // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2018. Vol. 356. P. 278-303. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2018.03.011
  7. Drymoni K., Russo E., Tibaldi A. et al. Dyke-induced graben formation in a heterogeneous succession on Mt. Etna: Insights from field observations and FEM numerical models // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2023. Vol. 433. № 107712. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2022.107712
  8. Drymoni K., Browning J., Gudmundsson A. Dyke-arrest scenarios in extensional regimes: Insights from field observations and numerical models, Santorini, Greece // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2020. Vol. 396. № 106854. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2020.106854
  9. Rivalta E., Taisne B., Bunger A.P., Katz R.F. A review of mechanical models of dike propagation: Schools of thought, results and future directions // Tectonophysics. 2015. Vol. 638. P. 1-42. DOI: 10.1016/j.tecto.2014.10.003
  10. Woods J., Winder T., White R.S., Brandsdóttir B. Evolution of a lateral dike intrusion revealed by relatively-relocated
  11. dike-induced earthquakes: The 2014–15 Bárðarbunga–Holuhraun rifting event, Iceland // Earth and Planetary Science Letters. 2018. Vol. 506. P. 53-63. DOI: 10.1016/j.epsl.2018.10.032
  12. Федотов С.А. Магматические питающие системы и механизм извержений вулканов. М.: Наука, 2006. 455 с.
  13. Bergal-Kuvikas O., Nakagawa M., Kuritani T. et al. A petrological and geochemical study on time-series samples from Klyuchevskoy volcano, Kamchatka arc. // Contributions to Mineralogy and Petrology 2017. Vol. 172. № 35. DOI: 10.1007/s00410-017-1347-z
  14. Озеров А.Ю. Ключевской вулкан: вещество, динамика, модель. М.: Геос, 2019. 306 с.
  15. Fedotova S.A., Zharinova N.A., Gontovaya L.I. The Magmatic System of the Klyuchevskaya Group of Volcanoes Inferred from Data on Its Eruptions, Earthquakes, Deformation, and Deep Structure // Journal of Volcanology and Seismology. 2010. Vol. 4. № 1. P. 1-33. DOI: 10.1134/S074204631001001X
  16. Koulakov I., Gordeev E.I., Dobretsov N.L. et al. Rapid changes in magma storage beneath the Klyuchevskoy group of volcanoes inferred from time-dependent seismic tomography // Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2013. Vol. 263. P. 75-91. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2012.10.014
  17. Koulakov I., Abkadyrov I., Nassir Al Arifi et al. Three different types of plumbing system beneath the neighboring active volcanoes of Tolbachik, Bezymianny, and Klyuchevskoy in Kamchatka // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2017. Vol. 122. P. 3852-3874. DOI: 10.1002/2017JB014082
  18. Koulakov I., Shapiro N.M., Sens-Schönfelder C. et al. Mantle and crustal sources of magmatic activity of Klyuchevskoy and surrounding volcanoes in Kamchatka inferred from earthquake tomography // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. Vol. 125. № e2020JB020097. DOI: 10.1029/2020JB020097
  19. Koulakov I., Plechov P., Mania R. et al. Anatomy of the Bezymianny volcano merely before an explosive eruption on 20.12.2017 // Scientific Reports Springer Nature. 2021. Vol. 19. № 11. № 1758. DOI: 10.1038/s41598-021-81498-9
  20. Shapiro N.M., Droznin D.V., Droznina S.Ya. et al. Deep and shallow long-period volcanic seismicity linked by fluid-pressure transfer // Nature Geosciences. 2017. Vol. 10. P. 442-445. DOI: 10.1038/NGEO2952
  21. Mironov N.L., Portnyagin M.V. H2O and CO2 in parental magmas of Kliuchevskoi volcano inferred from study of melt and fluid inclusions in olivine // Russian Geology and Geophysics. 2011. Vol. 52 (11). P. 1353-1367. DOI: 10.1016/j.rgg.2011.10.007
  22. Fournier R.O., Pitt A.M. The Yellowstone Magmatic-Hydrothermal System. Davis, CA, USA: Geothermal Resources Council, 1985. P. 319-327.
  23. Sahoo S., Tiwari D., Panda D. et al Eruption cycles of Mount Etna triggered by seasonal climatic rainfall // Journal of Geodynamics. 2022. Vol. 149. № 101896. DOI: 10.1016/j.jog.2021.101896
  24. Gudmundsson A. How local stresses control magma-chamber ruptures, dyke injections, and eruptions in composite volcanoes // Earth-Science Reviews. 2006. Vol. 79. Iss.1-2. P. 1-31. DOI: 10.1016/j.earscirev.2006.06.006
  25. Gudmundsson A. Introduction // Volcanotectonics: Understanding the Structure, Deformation and Dynamics of Volcanoes. Cambridge: Cambridge University Press. 2020. P. 1-33. DOI: 10.1017/9781139176217.002
  26. Сенюков С.Л. Мониторинг и прогноз активности вулканов Камчатки по сейсмологическим данным в 2000-2010 гг. // Вулканология и сейсмология. 2013. № 1. С. 96-108. DOI: 10.7868/S0203030613010070
  27. 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. DOI: 10.7868/S0203030613010021
  28. 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. DOI: 10.21455/gr2020.3-5
  29. Гирина О.А., Озеров А.Ю., Мельников Д.В. и др. Вулкан Авачинский: мониторинг и основные характеристики извержений // вулканизм и связанные с ним процессы: Материалы XXII Всероссийской научной конференции, посвящённой Дню вулканолога, 28-29 марта 2019, Петропавловск-Камчатский. Петропавловск-Камчатский: Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, 2019. С.11-14.
  30. Coppola D., Laiolo M., Massimetti F. et al. Thermal remote sensing reveals communication between volcanoes of the Klyuchevskoy Volcanic Group // Scientific Reports. 2021. Vol. 11. № 13090. DOI: 10.1038/s41598-021-92542-z
  31. Сенюков С. Активность вулканов Камчатки: мониторинг и прогноз // Наука в России. 2014. № 6 (203). С. 67-75. EDN TFNUST
  32. Zoback M. D. Reservoir Geomechanics. Cambridge University Press, 2010. 448 p.
  33. Черкашин Р.И., Бергаль-Кувикас О.В., Чугаев А.В. и др. Условия генерации и источники магм вершинного и побочного извержений вулкана Ключевской в 2020-2021 гг.: изотопно-геохимические (Sr-Nd-Pb-O) данные // Петрология. 2023. T. 31. № 3. С. 264-280. DOI: 10.31857/S0869590323030032
  34. Gudmundsson A. Deflection of dykes into sills at discontinuities and magma-chamber formation // Tectonophysics. 2011. Vol. 500. P. 50-64. DOI: 10.1016/j.tecto.2009.10.015
  35. Clunes M., Browning J., Marquardt C. et al. Inclination and heterogeneity of layered geological sequences influence dike-induced ground deformation // Geology. 2023. Vol. 51 (3). P. 278-283. DOI: 10.1130/G50464.1
  36. Gudmundsson A. The propagation paths of fluid-driven fractures in layered and faulted rocks // Geological Magazine. 2023. Vol. 159. P. 1978-2001. DOI: 10.1017/S0016756822000826
  37. Таловина И.В., Крикун Н.С., Юрченко Ю.Ю. и др. Дистанционные методы исследования в изучении структурно-геологических особенностей строения о. Итуруп (Курильские острова) // Записки Горного института. 2022. Т. 254. С. 158-172. DOI: 10.31897/PMI.2022.45
  38. Алексеев В.И. Глубинное строение и геодинамические условия гранитоидного магматизма Востока России // Записки Горного института. 2020. Т. 243. С. 259-265. DOI: 10.31897/PMI.2020.3.259

Similar articles

250 years in the service of the Fatherland: Empress Catherine II Saint Petersburg Mining University in facts and figures
2023 Sergei N. Rudnik, Vladimir G. Afanasev, Ekaterina A. Samylovskaya
Structure maintenance experience and the need to control the soils thermal regime in permafrost areas
2023 Anatolii V. Brushkov, Andrei G. Alekseev, Svetlana V. Badina, Dmitrii S. Drozdov, Vladimir A. Dubrovin, Oleg V. Zhdaneev, Mikhail N. Zheleznyak, Vladimir P. Melnikov, Sergei N. Okunev, Aleksei B. Osokin, Nikolai A. Ostarkov, Marat R. Sadurtinov, Dmitrii O. Sergeev, Roman Yu. Fedorov, Konstantin N. Frolov
Pink-violet diamonds from the Lomonosov mine: morphology, spectroscopy, nature of colour
2023 Galina Yu. Kriulina, Sergei V. Vyatkin, Evgenii A. Vasilev
Gold-rare metal and associated mineralization in the western part of Bolshevik Island, Severnaya Zemlya archipelago
2023 Aleksandr N. Evdokimov, Vladimir I. Fokin, Nikolai K. Shanurenko
Mining Museum as a space of science and education in Mining University
2023 Daniil Yu. Dorofeev, Nataliya V. Borovkova, Мarina А. Vasileva
Mineral composition and thermobarometry of metamorphic rocks of Western Ny Friesland, Svalbard
2023 Yurii L. Gulbin, Sima A. Akbarpuran Khaiyati, Aleksandr N. Sirotkin