The seismic activity associated with the large 2010 eruption of Merapi volcano, Java : source location, velocity variation, and forecasting
L'activité sismique associée à la grande éruption de 2010 du volcan Merapi, Java : localisation de sources, variation de vitesse, et prévision d'éruption
Résumé
The 2010 eruption of Merapi is the first large explosive eruption of the volcano that has been instrumentally observed. In this work, we study the eruption precursors and the pre-eruptive volcano behaviour by linking seismic features with other available observations. The main characteristics of the seismic activity during the 2010 crisis, including the chronology of seismicity, the spatio-temporal evolution of earthquake source positions and the seismic velocity changes, are presented. By performing absolute and relative locations, we obtain evidences of aseismic zones which are consistent with earlier studies and are interpreted as more ductile zones. Magma migration from the deep to the shallow part of the conduit through the upper aseismic zone is revealed by an upward shift of the hypocenters. We analyse the seismic energy quantified by RSAM calculated for several frequency bands. These functions display clear accelerations in the last few weeks before the eruption. This behaviour is used to perform hindsight eruption forecasting with the Material Failure Forecast method (FFM). The onset of the first eruption is estimated with a good precision. We propose an original method of event detection based on energy ratio. Using this method and waveform correlation, we identify 10 families of similar earthquakes. The seismic multiplets are located either below or above the upper aseismic zone and are composed of either volcano-tectonic or low-frequency events. Some of the clusters were active during several months before the eruptive crisis while a family that includes 119 repeating events appeared 20 hours before the eruption onset. Seismic velocity variations associated mainly with magmatic activity are estimated using the coda of both multiplets and noise cross correlation functions. These variations display strong temporal and spatial variability of their amplitude and sign. Although they cannot be described by a unique simple trend, these velocity variations can be considered as an eruption precursor. Using the preceding results together with other observations, we determine the specific features associated with the large explosive eruption of 2010. Furthermore, we propose a chronological scenario of the pre-eruptive activity of Merapi 2010 unrest.
L'éruption de 2010 du Merapi est la première grande éruption explosive du volcan qui a été observée instrumentalement. Dans ce travail, nous étudions les précurseurs de l'éruption et le comportement du volcan avant l'éruption en reliant les caractéristiques sismiques avec d'autres observations disponibles. Nous présentons les principaux aspects de l'activité sismique au cours de la crise de 2010, tels que la chronologie de la sismicité, l'évolution spatio-temporelle des positions de source de séisme et les changements de vitesse sismique. En effectuant des localisations absolues et relatives, nous obtenons des preuves de l'existence de zones asismiques, concordant avec des études antérieures, que nous interprétons comme des zones plus ductiles. La migration du magma de la partie profonde à la partie superficielle du conduit à travers la zone asismique supérieure est mise en évidence par un déplacement vers le haut des hypocentres. Nous analysons l'énergie sismique quantifiée par le RSAM calculé pour plusieurs bandes de fréquences. Ces fonctions affichent des accélérations claires dans les dernières semaines avant l'éruption. Ce comportement est utilisé pour effectuer des prévisions d'éruption volcanique rétrospective avec la méthode « Material Failure Forecast » ou FFM. Le début de la première éruption est estimé avec une bonne précision. Nous proposons une méthode originale de détection d'événement basée sur un rapport d'énergie. En utilisant cette méthode et la corrélation de la forme d'onde, nous identifions 10 familles de séismes similaires. Ces multiplets sismiques sont situés en dessous ou au -dessus de la zone asismique supérieure et sont composés soit d'événements volcano-tectoniques soit d'événements basse fréquence. Certains de ces groupes ont été actifs pendant plusieurs mois avant la crise éruptive alors qu'une famille qui comprend 119 événements répétitifs est apparue 20 heures avant le début de l'éruption. Nous estimons des variations de vitesse sismique, liées principalement à l'activité magmatique, en utilisant la coda des multiplets et les fonctions d'intercorrélation du bruit sismique. Ces variations montrent une forte variabilité spatiale et temporelle de leur amplitude et de leur signe. Bien qu'elles ne puissent pas être décrites par une simple tendance unique, ces variations de vitesse peuvent être considérées comme un précurseur de l'éruption. En utilisant les résultats précédents ainsi que d'autres observations, nous déterminons les particularités associées à la grande éruption explosive de 2010. En outre, nous proposons un scénario chronologique de l'activité pré- éruptive du Merapi.
Origine : Version validée par le jury (STAR)