文摘

Sinabung火山,上方的苏门答腊俯冲板块的板块在欧亚板块之下,在2010年成为活跃在400年的沉默。我们使用ALOS / PALSAR干涉合成孔径雷达(InSAR)图像测量表面变形从2007年2月到2011年1月。我们使用的模型观察preeruption通胀和通缩coeruption Mogi和长椭球来源来推断岩浆库的体积变化。我们解释通货膨胀是由于岩浆堆积在浅山水库下Sinabung和属性通缩由于岩浆退出浅油藏在爆发的火山喷发以及热弹性压实材料。在喷发火山碎屑流程度来源于LAHARZ模型基于coeruption相比体积从InSAR建模和增强型专题成像仪来源于陆地卫星7号拍摄+ (ETM +)的形象。两种不同的方法之间的火成碎屑流洪水区段同意在86%左右,表明映射火成碎屑流洪水的能力结合雷达和光学图像以及流建模。

1。介绍

火山火山碎屑流包含大量的破坏性的质量非常热灰,熔岩碎片,从火山喷发和气体爆炸,通常流动下坡的速度大。火山火山碎屑流构成巨大威胁下游人民的生命和财产的火山。为了准确估计的程度可能受火山碎屑流的影响,计算机模型,如LAHARZ [1),已经开发的基础上,统计分析的流程流物理几何图形和数学分析。LAHARZ [1)已经应用于许多全球火山。

山Sinabung是西北的成层火山苏门答腊岛的一部分,印尼(图1)。更新世至全新世期间,形成由安山和dacitic火山熔岩。苏门答腊岛,位于澳大利亚板块之间的边界南部和北部欧亚板块,是由俯冲的融化岩石承受着巨大的压力和随后爆发的火山。印度尼西亚的苏门答腊和爪哇,包括火山的两个板块之间的边界,产生了大量的地震和火山爆发。位于Sinabung东南50公里,苏门答腊岛的多巴火山大喷发的火山爆发指数(VEI)在地质记录中8在2500万年(2]。

山Sinabung有一个2460米高的锥形结构有四个重叠的陨石坑直径约60至300 m从北到南,分别主要是覆盖着茂密的植被只顶部的火山(图2)。上一次Sinabung火山历史活动大约400年前,和2010年爆发8月29日开始,一直持续到2010年9月的中间。2010年第一次唤醒火山喷发后,山Sinabung再次爆发了2013年,2014年和2016年。

SAR干涉测量(InSAR)是一种有效的方法在大面积表面变形(3- - - - - -7),它被应用在全球范围内研究火山(8- - - - - -13]。Chaussard和阿梅龙10)处理13 l波段ALOS / PALSAR图片获得了在2010年之前,显示进步的通货膨胀的速度2.2厘米/年使用small-baseline子集(sba) InSAR技术(14- - - - - -16]。他们还测量了表面位移在火山喷发之前,在喷发,岩浆的深度估计存储(0.9公里)使用火山源建模(即。、Mogi和杨)(17- - - - - -21]。InSAR研究,然而,这些以前没有实质性的损害赔偿计算的火山活动只是观察到岩浆库的体积变化根据算术变形表面。

在这项研究中,我们进行了一项研究火山碎屑流映射使用卫星图像雷达和光学传感器以及LAHARZ程序(图3)。我们改善的初步结果22- - - - - -24]从细节入手推导出火成碎屑流程度上使用最大似然分类方法根据陆地卫星7号拍摄图像,由于工件扫描线校正器已经纠正。我们生成coeruption InSAR为了提高图像叠加数干涉图的信噪比(信噪比)coeruption变形图,在此基础上推导出挤压体积与2010年爆发Sinabung从地球物理模型。目标是生成一个high-SNR变形映射为一个准确的估计早些时候爆发的体积和提高时间序列变形测量的结果,在个别InSAR图像噪声明显(22- - - - - -24]。我们推导出体积变化Sinabung火山喷发在2010年使用的机械建模,计算体积变化的岩浆库应用于基于LAHARZ[火成碎屑流建模算法1,25- - - - - -27)获得火成碎屑流沉积的危险区域。我们详细描述如何模型使用LAHARZ的火山碎屑洪水地图模型和讨论定量的比较火成碎屑流模拟地图和火成碎屑流映射的陆地卫星7 ETM +图像中提取出来的Sinabung火山(表1)。最后,我们强调的集成使用LAHARZ卫星图像分析和火成碎屑流模拟程序可以完成火山监测和火成碎屑流洪水风险映射的活火山,讨论该方法的局限性。

2。光学图像处理

火成碎屑流洪水地图可以通过实地调查生成从火山口边缘到最远的一次火山喷发后的火山碎屑流的程度。然而,实地调查在一个活跃的火山可能是危险的因为暴露在有害气体和突然的活动。相比之下,遥感技术是一个有用的工具来生成火成碎屑流沉积地图,提供一个安全、成本有效的替代字段映射。

在这项研究中,我们的目标是生成一个火山碎屑流沉积地图使用陆地卫星7 ETM +图像获得2012年7月30日2010年Sinabung喷发后(表1)。这张照片代表了土地覆盖2010年爆发后缺乏大气的影响(图4(一))。然而,陆地卫星7 ETM +数据受到工件由于扫描线校正器的失败(SLC)在ETM +的乐器。陆地卫星7号拍摄的数据可以恢复的填缝和过滤技术被李et al。28,29日)(图4 (b))。最后,我们使用gap-filled陆地卫星7 ETM +数据(图4 (b))获得覆盖类型通过监督最大似然分类(图4 (c))。我们建立六类,包括农田(橙色),森林(绿色),城市(灰色),阴影(深灰色),水(蓝色),火山碎屑流沉积区(红色)。基于分类地图,2010年爆发的火成碎屑流沉积物主要是包含在火山的南部和东部上层侧翼(红色在图4 (c))。火成碎屑流淹没面积在2010年Sinabung火山的喷发被估计为0.872公里²(红色在图4 (d))。

3所示。雷达图像的处理

InSAR处理进行描述的表面变形Sinabung火山。使用20 ALOS / PALSAR图像从20 2007年2月到2011年1月16日(表1),40生成干涉图。在火山上最好的一致性是受限的峰会。在峰会上,许多分散的一致性维护只有岩石和less-vegetated区域。

表面变形的趋势显示了一个隆起模式直到2010年8月底,但通货紧缩模式从喷发事件数据集的结束,相应的水库内的岩浆体积的变化。因此,我们将我们的结果分为两个不同时期的通货膨胀和通货紧缩的2010年的火山喷发。时序sba技术应用于测量的表面变形Sinabung火山在每个时期(16]。使用这种方法,我们可以减少人工大气效应(30.,31日)和精确测量表面变形在一个特定的时期。图5(一个)显示叠加图像显示通货膨胀体积变化,直到2010年爆发的岩浆,和图5 (b)代表了多层图像显示通货紧缩的表面变形模式在2010年爆发。

两个叠加的图像表面变形(数字6(一)和6(b))边缘有相反的趋势,最大1.2厘米/年的preeruption通货膨胀(图6(c))和7厘米/年coeruption通货紧缩(图6(d))。

4所示。岩浆库的体积变化模型

Mogi模型,基于点源嵌入在一个弹性半空间均匀(32),应用于估计平均地表变形的位置和体积变化速率(数字地图6(一)和6(b))爆发之前和期间。观察到干涉图的最佳Mogi源模型(数据7(一)和7(b))是由合成干涉图数据6(c)和6(d)(残余干涉图数据7(g)和7(h))可以计算出从观察到的和合成干涉图之间的区别。源的深度估计~海平面以下0.3公里(声波测井)爆发之前和声波测井在喷发(表~ 0.6公里2)。这个Mogi模型估计量的增加在火山喷发之前为1.9×10⁻⁶公里³/年(图7)。coeruption的通货紧缩时期,体积减少估计−2.7×10⁻⁵公里³/年(图7)。Mogi模型本质上是一个点光源,我们进一步生成最佳模型使用长椭球(8preeruption和coeruption时期)。长椭球源模型(图7(e))计算的深度1.3公里声波测井在火山口的中心在火山喷发之前,声波测井在喷发~ 1.1公里。之间的RMSE观测和模型预测从长椭球模型小于相应的Mogi源(表2)。从长椭球模型结果表明,coeruption通货紧缩的来源是一个陡峭倾斜拉长球体的主要和次要的轴2.7公里和1.2公里,分别损失−62.2 MPa /年(表的压力3)。preeruption源轴估计是3.0公里和2.4公里增加4.3 MPa /年(表的压力3)。

5。LAHARZ处理

的基本原理界定lahar-inundation危险区域(33,34)是来自火山泥流路径的扩展分析和统计分析使用LAHARZ程序35- - - - - -37]。这些分析产生半经验方程,预测淹没山谷横截面积(1),平面区域(2),火山泥流体积比例系数的函数c和C使用27火山事件数据路径arenas crater的九个火山。 在哪里横截面积,是平面的面积,和比例系数,火山泥流的体积。这些校准预测方程涉及计算所需的所有信息和情节泛滥地形地图上通过一个经验公式。统计方法从LAHARZ程序导致的经验系数,和 , 和 ((3)和(4))。

PF洪水地图在这项研究中使用统计约束生成仿真模型来估计潜在危险区域(25)通过调整方法从LAHARZ程序(35]。横向预测方程(5)和平面(6PF)地区Sinabung火山灾害是校准使用数据从许多事件在几个火山。方程表达的经验比例系数( 到0.1, 40)造成的适应LAHARZ项目统计分析(35]。

PF洪水地图创建2010年Sinabung喷发在这项研究中使用PF建模算法的修改LAHARZ项目经验系数值为0.1C和40c。几个火山碎屑流的体积值(5)和(6)进行测试,包括体积变化的估计计算使用Mogi模型的变形观测coeruption干涉图(表2)。

PF的洪水地图(图8)估计从LAHARZ程序可以监督分类的结果相比,使用posteruptive创建的陆地卫星7 ETM +图像从2012年7月30日。修改LAHARZ项目估计计算使用四种不同的PF值体积(红色、棕色、橙色和黄色的颜色)。

在四个不同的体积值测试使用修改后的LAHARZ方法,−2.7×10的体积⁻⁵公里³(红色)同意与监督分类的结果相对较好描述的泛滥限制PF存款从陆地卫星图像。地区B (PF模拟量)在表4也包括在大约84%的PF泛滥区域划定使用地球资源卫星图像。地区代表一个太小了PF模拟区域与陆地卫星图像的结果。区域C和D,然而,只有公共区域的78%和67%,分别在PF模拟和火山碎屑泛滥区段根据陆地卫星图像(图8)。

6。讨论

InSAR图像在Sinabung表明火山通货膨胀在2010年爆发之前在喷发和通货紧缩。建模观察到的变形使用Mogi和长椭球来源使得我们估算出岩浆源位置,过度的压力,源的形状,体积改变preeruption和coeruption时期。模型结果显示有一个岩浆存储Sinabung下面。水库位于~ 1公里声波测井(~ 3千米的高峰下Sinabung)。最好是具有长椭球地下的岩浆~ 2.7公里的垂直轴和水平轴为1.2公里。

浅岩浆库匹配的位置观察当地地震台网记录的地震活动。印尼的火山和地质灾害减灾中心(CVGHM)安装四个地震监测站(KWR、SKN SKM, MRD;绿色星星在图9(一个))在火山口Sinabung领域第一次喷发后2010年8月29日。这些站记录地震发生在9月6日和7(红色和蓝色圈图9(a))。图9 (b)显示与震源和地震发生之前和之后的深处另一个爆发2010年9月7日(38]。岩浆库~ 1公里的峰下声波测井Sinabung似乎符合大多数地震都位于浅比1公里(图9)。这样一个岩浆库负责观察通货膨胀在2010年爆发之前,通货紧缩与2010年爆发有关。

火山碎屑洪水灾害地图生成在这项研究基于修改LAHARZ程序(PF模拟)使用计算的体积变化Mogi模型的变形结果观察到干涉图使用堆叠,然后比较泛滥的地图与陆地卫星图像监督分类方法。当我们生成这些火山碎屑洪水风险地图,通货紧缩的体积变化与火山喷发后的岩浆库被发现更好地适应值(大约86%重叠)基于与火山碎屑洪水地图从陆地卫星图像和其他PF模拟。本研究表明,火山灾害洪水地图可以生成使用PF模型(25)通过输入参数估计模型的岩浆库基于InSAR-derived表面变形测量。然而,我们的方法具有一定的局限性。首先,喷发体积计算的体积变化通过建模火山从InSAR通货紧缩。由于多血管,爆发卷可以不同于通货紧缩卷(8]。因此,用于LAHARZ建模量代表了下界的喷发物质的体积。第二,我们忽略了其他喷发火山灰等产品,可以降低我们的估计量用于LAHARZ建模。第三,我们也忽视了其他热力学影响岩浆库的推导通缩火山从InSAR-derived变形测量8]。

7所示。结论

在这项研究中,我们首先测量平均地表变形使用树脂黄/ PALSAR叠加干涉图数据之前和之后Sinabung 2010年喷发的火山在苏门答腊岛,印度尼西亚。平均地表变形速率地图是用于Mogi和球体模型估算深度、体积的变化,和维度之前和在2010年的喷发的岩浆源。估计岩浆源的深度约1公里声波测井;计算在coeruption体积变化。体积的变化估计从Mogi模型用于生成一个PF洪水灾害地图使用修改后的LAHARZ程序。我们终于验证了火山碎屑流淹没面积使用的洪水地图基于陆地卫星7 ETM +图像监督分类方法。PF的最佳结果是当体积模拟是基于体积变化从建模coeruption InSAR变形图。我们得出结论,结合卫星图像分析和PF模拟使用修改后的LAHARZ程序可以完成火山监测和火成碎屑流洪水风险映射的活火山。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究受到了韩国国家研究基金会(NRF)授予由韩国政府资助(MSIP)(没有。2017 r1a2b4003258);基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由科技部,ICT和未来规划(2015 m1a3a3a02013416);和韩国气象局研究和发展项目在格兰特KMIPA (2015 - 3071)。在这项研究中使用的SAR数据版权©JAXA /日本经济产业省和阿拉斯加卫星提供的设施。