日本本州岛御岳火山鸟瞰图。
牛津大学的研究人员发现,剪切波分裂的变化可以预测火山喷发及其严重程度。在 Ontake 火山发生重大喷发之前,信号发生了明显变化,提供了一个有前途的早期预警工具。
由地球科学系的 Mike Kendall 教授领导的一项新研究探索了一种提供火山喷发早期预警的新型监测方法。
研究小组分析了来自日本御岳火山两次喷发的地震信号,一次是小型喷发,一次是爆炸性喷发。他们发现,剪切波分裂的特性因喷发的大小而异。
该研究发表在《地震学》杂志上,该研究表明,跟踪这些信号可以作为潜在危险火山活动的有效预警系统。
对于生活在火山附近的社区来说,早期预警系统对于生存至关重要,但对这些警报的不信任可能会导致悲剧性后果。为了降低误报的风险,科学家们必须找到更可靠的方法来监测火山活动。
在一项新研究中,牛津大学的研究人员研究了一种称为剪切波分裂的地震现象,将其作为提供危险喷发早期预警的潜在工具。
当岩浆和岩石在火山内移动时,它们会产生地震波,但这些信号通常很复杂且难以解释。该研究旨在确定一个可靠的参数,该参数不仅可以表明何时可能发生喷发,还可以预测喷发的严重程度。
剪切波分裂是地震剪切波根据其极化以不同速度传播的一种现象。岩石内部的裂缝和裂缝可以减慢地震波的速度,但对穿过裂缝和裂缝的地震波具有更大的延迟作用。如果裂纹沿一个方向对齐,则剪切波分裂的量会增加。
御岳火山被白雪覆盖。
火山下方移动的岩浆和流体对周围的岩石施加压力,导致裂缝在某些方向打开,而在其他方向上闭合。研究剪切波分裂随时间的变化对科学家来说非常有用,因为它可以告诉他们这些裂缝在哪里打开和关闭。但研究团队希望更进一步,并测试爆炸性喷发期间较大的应力变化是否也会导致横波分裂量发生更显着的变化。
“地震各向异性——或岩石成分和内部裂缝对剪切波彼此成直角振荡速度的影响——是一个有据可查的现象,”Mike Kendall 教授(牛津大学地球科学系)说。“当我们思考各向异性如何随着火山内部压力的增加而增加时,我们很高兴地探索我们是否能检测到这些变化,以及这是否可以成为可以应用于早期预警系统的独特信号。”
研究小组通过检查日本本州岛御岳火山两次喷发期间的地震信号,对这一理论进行了检验。2007 年的喷发规模较小,对周围社区的影响要小得多,而 2014 年的喷发规模更大,爆炸性更强,遗憾的是更致命。
他们兴奋地发现,在较小的喷发期间,横波分裂的量在整个过程中保持不变,但在较大的喷发期间,劈裂量在 Ontake 爆炸之前翻了一番。该团队认为,2014 年喷发期间较大的应力变化增加了观察到的剪切波分裂,这表明分裂量与喷发规模之间存在有用的关系。
远处御岳火山的景色。
合著者 Toshiko Terakawa 教授(名古屋大学)指出:“火山构造地震的震源机制在 2014 年喷发前后发生了巨大变化。整合来自剪切波分裂和地震震源机制的数据可以更深入地了解喷发发生的条件。
合著者 Martha Savage 教授(惠灵顿维多利亚大学)补充说:“日本御岳火山两次喷发的记录已经能够表明,该方法不仅可以显示喷发前的变化,而且它们可能有助于预测喷发的规模。这项工作是全球人们之间的合作如何解决重要社会问题的一个例子。
由于剪切波分裂的变化发生在御岳火山喷发开始之前,因此监测火山的科学家将能够将这个参数用作重要的预警系统,并作为喷发可能造成多大破坏的指标。这提供了一种保护当地社区免受火山喷发破坏性影响的新方法。
“我们预计在全球其他火山上看到这些影响,而不仅仅是御岳火山,”合著者汤姆·凯特尔蒂博士(牛津大学地球科学系)说。“由于火山应力的变化发生在喷发之前,我们预计会看到剪切波分裂的变化。这可能是火山喷发早期预警的宝贵工具,尤其是对当地社区而言。
参考资料:Michael Kendall、Toshiko Terakawa、Martha Savage、Tom Kettlety、Daniel Minifie、Haruhisa Nakamichi 和 Andreas Wuestefeld 于 2025 年 4 月 28 日发表的“御岳火山地震各向异性的变化:两次喷发的故事”,Seismica。
DOI: 10.26443/seismica.v4i1.1101