Мониторинг повышения магматического давления на глубине является ключевым моментом для улучшения прогнозирования извержений вулканов.
Исследуя сейсмические волны, характеризующиеся скоростной зависимостью от возмущений под напряжением, ученые могут получить информацию о временной эволюции механических свойств вулканических сооружений.
Вулканические извержения относятся к числу наиболее драматических проявлений активности Земли. Геологические, геофизические и геохимические исследования дают точное представление о том, где сосредоточена вулканическая и тектоническая деятельность на Земле. Данные исследования направлены на определение характеристик систем, приводящих к катастрофическим событиям.
Например, в вулканических системах низкие сейсмические скорости и высокое соотношение характеризуют районы с магматическими порами и порами с наполненными газом под давлением. Эти наблюдения служат исходными данными для моделей долгосрочного поведения вулканических систем, которые помогают, например, прогнозировать частоту и величину извержения.
Таким образом, визуализация тектонических и вулканогенных опасных регионов служит основой для понимания причин катастрофических явлений. С другой стороны, для совершенствования оценки опасности требуется отслеживание временной эволюции этих действующих вулканических систем в средне- и краткосрочном масштабе, то есть от нескольких лет до нескольких часов.
В вулканической среде перенос магмы на поверхность, который в конечном счете может привести к извержениям, вызван повышением давления на глубине. Это давление, в свою очередь, зависит от поступления магмы и давления вулканической жидкости.
Значительный прогресс был достигнут в области четырехмерной томографии, основанной на времени прихода землетрясений и волн. Однако точность таких подходов по-прежнему находится на уровне порядка процентов при временных изменениях сейсмических скоростей. В лучшем случае месяцев с точки зрения временного разрешения.
Такие подходы вряд ли смогут достичь уровня точности, необходимого для обнаружения небольших изменений напряжения на глубине до извержений.
С другой стороны, значительные усилия по активному мониторингу источников привели к тому, что японские ученые разработали непрерывный источник вибрации с целью мониторинга активных разломов и вулканов. До сих пор не было получено никаких существенных результатов от такого подхода, который страдает от очень редкого пространственного отбора проб в районах мониторинга.
Земля не является статичной, а постоянно вибрирует даже при отсутствии сильных источников вибрации.
Эти фоновые колебания амплитуды порядка микрометров смещения частиц возникают в результате взаимодействия между твердой Землей и ее оболочкой в течение очень длительного периода: в несколько сотен секунд, в периоды около 10 с и в более короткие периоды ниже 1 с. На высоких частотах сейсмический шум также имеет сильное антропогенное происхождение.
Способность ученых извлекать полезную информацию из окружающего сейсмического шума возникла одновременно с обнаружением не вулканических толчков и медленных землетрясений. Тем самым побудила сейсмологов с большим интересом рассмотреть возможность непрерывной регистрации сейсмических данных.
В настоящее время почти каждая сейсмическая сеть в мире непрерывно регистрирует данные во времени, позволяя делать открытия в будущем. Воспользовавшись преимуществами непрерывных сейсмических записей, Sens-Schönfelder и Wegler первыми предложили рассмотреть ежедневные перекрестные корреляции шума, как повторяющиеся во времени функции Грина. Их можно использовать для оценки временных изменений сейсмических скоростей.
Результатом прорыва стало то, что, используя непрерывные временные ряды окружающего шума, можно непрерывно измерять изменения механических свойств грунта в течение всего времени.
Таким образом, такой подход позволяет обойти традиционное временное разрешение наблюдений, основанных на повторяющихся сейсмических явлениях.
Одним из наиболее важных ограничений мониторинга, основанного на шуме, является то, что он требует стабильных источников во времени. В периоды повышенной активности вулканы сами могут стать источниками сильных сейсмических толчков. Эти толчки могут существенно изменить содержание перекрестных связей между станциями. Поэтому при мониторинге действующих вулканов особое внимание следует уделять проверке устойчивости перекрестных корреляций.
В настоящее время пассивный мониторинг менее точен для определения местоположения изменений в пространстве по сравнению с активным мониторингом источников. Поскольку он основан на интерферометрии кодовых волн, а не на прямых волнах тела.
Сейсмология вулканов на основе четырехмерной томографии шума является весьма перспективной, как, например, обнаружение ранних материалов вулканических волнений. Однако этот метод все еще страдает от отсутствия достаточного вертикального разрешения. Которое необходимо для того, чтобы различать процессы, происходящие поверхностно, такие как возмущения, вызванные дождями, или более глубокие, например, наращивание магматического давления.
Эти разработки послужат более широкой области мониторинга транспортировки жидкостей и повышения давления на глубине. Например, связанных с этим применений при добыче геотермальных ресурсов или закачке промышленных сточных вод.
