2017年阿贡火山喷发前后的形变特征
全球活火山主要分布在环太平洋地区,此区域也是著名的“火环”,而印度尼西亚岛链是西南太平洋最为活跃的一条“火链”(图1),生活在该火山区的居民数量也为世界之最,阿贡火山就是这条“火链”中最为活跃的火山之一。阿贡火山的喷发周期约为50年,其上一次喷发是在1963年(距今55年)。从2017年8月开始,阿贡火山的地震明显增多,有复苏和再次喷发的前兆,9月份火山警戒等级已升至为III级,10月份开始有喷发柱喷出,11月喷发柱急剧上升至4km并开始有岩浆活动,警戒等级也升至最高级(IV级)。印度尼西亚岛链位于澳大利亚板块与欧亚板块之间,由于澳大利亚板块向北的俯冲,在此区域形成了一套完整的沟-弧-盆体系。5-6级的地震震中主要位于岛链与巽他海沟之间,与岛链大致平行,距离岛链大约100-150公里,地震震源深度在100公里左右;活火山主要位于岛链内部,岩浆来源大致在深度150-200公里板块的交汇处,由此可见,由澳大利亚板块带下去的水主要在岛链下方150-200公里处发生脱水作用,脱水诱导下覆地震的部分熔融,产生低盐度、钙碱性岩浆;岩浆上升侵入到 上覆板块的岩石圈中。
图1 印度尼西亚岛链地震与火山分布图
Fig. 1 Indonesia Island Chain Earthquake and Volcano Map
阿贡火山喷发过程的形变变化
火山喷发过程和地震不一样。前期地下岩浆活动,地表热异常,火山开始膨胀;压力达到一定程度之后火山气体首先冲出来,压力减小,岩浆成分挥发,火山灰喷出来,这个过程大家通常认为是火山喷发,后期岩浆补给,岩浆爆炸喷出或溢出火口,后期岩浆冷却收缩,火口坍塌,目前阿贡火山处在火山灰的喷发过程,还有没出现岩浆溢出,由图2可见,阿贡火山自2017年6月开始有所膨胀,一直到12月膨胀了近15厘米,随后便开始逐渐收缩。膨胀的中心位于阿贡火山的北侧附近,并没有在火山的正下方,说明岩浆通道是向北倾斜的。
图2 阿贡火山喷发过程地表形变对比
Fig. 2 Surface Deformation Comparison of the Egungang Eruption Process
以上采用“二通”法完成对SAR复数影像的干涉差分处理。处理过程中,使用SRTM4 DEM数据消除地形相位影响;为保证较高的配准精度,采用了结合轨道和地形数据的图像配准技术,配准精度优于0.001个像元。由于巴厘岛上大部分为山地,且气候温和多雨,岛上植被茂盛,雷达影像在山区易出现的叠掩、透视收缩、阴影以及地表茂密植被等影响,导致研究区相干性较差,为此本文使用迭代自适应滤波算法进行降噪处理。本文采用基于Delaunay三角形的最小费用流算法(MCF),先对高质量的相位区进行解缠,获得可靠的参考相位模型。然后利用参考相位实现对低相干区域的解缠。
阿贡火山喷发过程的喷发柱高度变化
自2017年9月阿贡火山开始活动以来,阿贡火山的活动特征明显。浅源小震持续增多、热异常明显。进入10月以后开始出现不同规模的爆炸,爆炸产生的火山灰柱上升至高空并随风向飘逸,爆炸的规模大小直接决定了喷发柱的高度。图3中显示了爆炸与喷发柱变化的关系。图中也反应了阿贡火山的整个喷发过程,10月份主要表现为火山地震和震颤,是地下岩浆通过管道向上运移的过程,此时山体表面也开始不断膨胀,该过程一直持续到11月27日,当日发生一次剧烈爆炸,造成了火山剧烈喷发,喷发柱升至海拔4公里,大量火山碎屑流顺火山翼冲下,当地居民被迫迁移,航班被迫取消。在随后的三个月内,不断的有地下岩浆补给,经常性的发生爆炸并产生喷发柱;在2018年2月27日之后,岩浆补给减弱,火山警戒等级下降,爆炸规模减小,喷发柱高度降低,火山表面逐渐收缩。自2017年9月末至2018年3月末,历经了阿贡火山的整个喷发过程,从开始的地震活动,到喷发时大规模爆炸,到最后阶段的平静收缩。此过程对研究其他“剧烈”型火山具有借鉴意义。
图3 阿贡火山喷发过程喷发柱高度变化
Fig. 3 Changes in Eruption Column Height during the Eruption of Mount Agung
阿贡火山的历经半年多的活动过程,从膨胀到收缩,从平静到爆炸再到平静,使我们对火山喷发过程有了更全面的了解。
中国地震局火山研究中心 王佳龙
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