White Island 화산지진의 진원 메커니즘 및 분극특성 연구 :Source mechanism and polarity attributes of volcano seismic data at White Island, New Zealand

한아림

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자료유형: 학위논문

저자정보: 한아림 (강원대학교, 강원대학교 대학원)

지도교수: 김기영

발행연도: 2015

저작권: 강원대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수5

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2015

White Island 화산지진의 진원 메커니즘 및 분극특성 연구

한아림 일반 2015.01 학위논문

2014

모멘트 텐서를 이용한 White Island 화산분화 지진원 메커니즘 분석

한아림 , 김기훈 , 김기영 지구물리와 물리탐사 2014.01 학술저널

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2012년 8월 4일 뉴질랜드 White Island 화산의 WIZ 관측소에서 기록된 화산성 장주기 지진파의 지진원 메커니즘에 대해 연구하였다. 하나의 관측소 자료만을 이용하였기 때문에 단순한 기하학적 모델(구, 균열, 파이프)들을 이용하여 모멘트 텐서 역산을 실시하였다. 각 모델의 합성자료를 계산하였으며, 이를 관측자료와 비교하였다. 가장 잘 일치하는 모델의 종류와 방향은 깊이 1600 m의 경사가 80°NE이고 주향이 N80˚W인 균열 모델이었다. 깊은 곳에서의 폭발은 가스 분출을 위한 균열을 열었으며, 상승한 가스가 약 4시간 후에 감시카메라에 포착된 지표 분화를 야기하였을 것으로 해석 된다. 모멘트 텐서방법에 기초한 이러한 분석 결과는 이 화산을 대상으로 수행한 기존의 지화학 연구 결과와 일치하였다.
2013년 8월 19일과 10월 3일에 발생한 화산미소진동과 장주기 지진파가 두 지진 관측소에 기록되었다. 이 화산지진파의 입자운동을 규명코자, 다성분 복소 트레이스 분석법을 적용하였다. 잡음과 시간에 따른 급격한 변화의 영향을 최소화하기 위해 순간 분극특성에 10 s 의 창길이로 동평균을 실시하였다. 화산미소진동은 입자운동의 수직 및 방사성분 사이의 위상차 ? ?가 9˚, 역타원율 ρ ?이 0.2와 0.3에 분포하여, 역행 타원운동을 하는 파로 주로 구성되어 있었음을 보인다. 반면에, 장주기 지진파는 ρ ?와 ? ?가 각각 0.1 및 0˚에서 거의 일정하고, γ ?가 52˚와 58˚범위에 있어서, 수직분극된 종파가 주성분이었음을 지시한다. 배경잡음은 ? ?가 -8˚와 -3˚, γ ?가 14˚와 5˚, ρ ?가 0.3과 0.1인 분극특성을 보여서, 수평분극된 순행 타원형 입자운동을 한 것으로 분석된다.
이 화산에 설치되어 있는 두 대의 미기압계 자료를 이용하여 화산분화 감지 시스템 개발을 위해 60 s 시간창과 0.65의 임계값을 이용하여 상호상관을 적용하였다. 그 결과 8월 19일과 10월 8일에 발생한 분화는 성공적으로 감지가 되었으며, 10월 3일과 11일에 발생한 분화는 감지되지 않았다. 이는 배경잡음과 동일한 주파수 대역을 포함하며, 낮은 신호대잡음비로 인해 감지 되지 않은 것이라 판단된다. 또한 7월 26~27일 사이에 잘못 감지가 되었는데, 이는 배경잡음, 바람, 파도 등에 의한 영향으로 보여진다. 이러한 영향을 줄이기 위한 연구가 추가적으로 필요하며, 배열 형식의 미기압계를 설치한다면 정확한 분화감지 시스템을 구축할 수 있을 것으로 기대된다.

An explosive eruption occurred on White Island volcano on August 4, 2012. Before the surface eruption of the volcano, very-long-period (VLP) events were recorded at seismic station WIZ. Moment tensor method was applied to a VLP event to investigate source mechanism. To analyze particle motions of the volcano seismic signals, multicomponent complex trace analysis was applied. An automatic detection system was also developed through correlating acoustic data simultaneously recorded at stations WIZ and WSRZ.
To investigate the source mechanism of a typical VLP event recorded at this station, moment tensor inversion was applied. Since seismic data at only single station were available, the moment tensors were computed for three geometric models (explosion, crack, and pipe models). To constrain the moment tensor solution for the VLP event, synthetic data for each model were compared with observed data. The best-fit model was a crack at a depth of 1,600 m under a main vent with a strike of N80°W and a dip of 80°NE. A deep explosion may have opened a crack for gases to escape, and the upward gas flow triggered the surface explosion four hours later as confirmed by webcams. The interpretation on its focus based on this inversion is consistent with previous geochemical studies on magma location.
After another seismic station WSRZ was installed in 2013, eruptions occurred on the island four times. To investigate particle motions in the volcanic tremor recorded on August 19 and a VLP event on October 3 at stations WIZ and WSRZ, multicomponent complex trace analysis was applied. To minimize the effects of background noise and rapid temporal changes, 10-s moving averages were applied to the instantaneous polarization attributes of the seismic signals. The volcanic tremor was mainly composed of horizontally polarized waves with retrograde elliptic motions for which the phase difference between vertical and horizontal components, ? ?, and the reciprocal ellipticity, ρ ?, was 9 deg and 0.2 to 0.3, respectively. The VLP event, on the other hand, was linearly polarized with ? ? nearly constant at 0 deg, ρ ? close to 0.1, and the rise angle, γ ?, between 52 and 58 deg. The VLP event may thus principally comprise vertically polarized compressional waves. The seismic background noise was characterized by horizontally polarized prograde elliptic motions with ? ? of -8 and -3 deg, γ ? of 14 and 5 deg, and ρ ? of 0.3 to 0.1.
To construct an automatic detection system for volcanic eruption, acoustic data recorded at stations WIZ and WSRZ for 200 days since the latter station was installed were correlated. A 60 s time window was used for the cross-correlation and correlation coefficient of 0.65 was set for the threshold. The system based on the cross-correlation technique detected eruptions on August 19 and October 8 successfully. However, negative false detections occurred on October 3 and 11 possibly caused by low signal to noise levels and an overlapping same frequency bandwidth with background noise. Positive false detections also occurred on July 26-27 seem to be the high wind noise, background noise and microbarom. Reliable implementation of acoustic signal monitoring to automatically identify eruption at White Island requires further innovative study to minimize noise effect. In addition, it is recommended to install a large acoustic sensor array to detect volcanic eruption signals accurately.

#화산지진 #모멘트 텐서 #분극특성

List of Figures ⅲ
List of Tables ⅵ
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 진원 메커니즘 분석
2.1 서론 4
2.2 배경 이론 6
2.3 분석 자료 10
2.4 자료처리 및 분석 14
2.5 해석 18
2.6 결론 21
Ⅲ. 분극특성 분석
3.1 서론 22
3.2 배경 이론 23
3.3 분석 자료 26
3.4 자료 처리 32
3.5 자료 분석 및 해석 36
3.6 결론 46
Ⅳ. 저주파수 음파를 이용한 화산분화 감지
4.1 서론 47
4.2 배경 이론 48
4.3 분석 자료 49
4.4 자료처리 및 해석 55
4.5 결론 59
참고문헌 60
Abstract 70

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