Peter Vajda1, Ilya Prutkin2, and Jo Gottsmann3
1 Geophysical Institute, Slov. Academy of Sci., Bratislava, Slovakia,
Táto e-mailová adresa je chránená pred spamovými robotmi. Na jej zobrazenie musíte mať zapnutý JavaScript.
2 Institute of Geosciences, Jena University, Jena, Germany,
Táto e-mailová adresa je chránená pred spamovými robotmi. Na jej zobrazenie musíte mať zapnutý JavaScript.
3 Department of Earth Sciences, University of Bristol, Bristol, UK,
Táto e-mailová adresa je chránená pred spamovými robotmi. Na jej zobrazenie musíte mať zapnutý JavaScript.
Spracovanie údajov a riešenie obrátenej úlohy
Počas seizmického nepokoja v centrálnom sopečnom komplexe ostrova Tenerife, ktorý tvoria kaldera Las Canadas a dva zrastené stratovulkány Teide a Pico Viejo, bol nameraný celkový nárast tiažového zrýchlenia na sieti 14 bodov v období medzi májom 2004 a júlom 2005 [5]. Pustili sme sa do interpretáci etohto mikrogravimetrického signálu našou metodikou založenou nelineárnej inverzii pomocou hmotných úsečiek, ktoré indikujú rozloženie, orientáciu, a silu zdrojov tohto signálu. Zmeny tiaže boli opravené o hydrologický účinok zmien hladiny spodnej vody [5] a metódou krigingu boli extrapolované na rovnomernú sieť s krokom 500 m (Obr. 1). Trend, ktorý bol vypočítaný ako 2D harmonická funkcia, ktorá má na hranici študovanej oblasti rovnaké hodnoty ako nameraný signál [6], bol odstránený z nameraných dát, aby sme minimalizovali okrajové chyby. Po odpočítaní trendu sme získali reziduálne zmeny tiaže (Obr. 2). Tieto boli nelineárnou optimalizáciou aproximované poľom hmotných úsečiek ([7] a [4]). Nájdené hmotné úsečky predstavujú zdroje prírastku hmoty v útrobách centrálneho sopečného komplexu.
 |
 |
|
Obr. 1. Namerané zmeny tiaže (mGal) |
Obr. 2. Reziduálne zmeny tiaže (mGal) |
Tieto nájdené zdroje sa nachádzajú v hĺbkach 0–2 km pod hladinou mora. Nami nájdené zdroje korelujú so severozápadnou a juhozápadnou seizmogénnou zónou, ktoré identifikovali seizmológovia pre to isté obdobie, počas ktorého ostrov zakúsil seizmický nepokoj [3].
 |
 |
|
Obr. 3 Pole plytkých zdrojov (mGal) |
Obr. 4. Pole hlbokých zdrojov (mGal) |
Mali sme podozrenie, že naše nájdené zdroje predstavujú zložené zdroje, superpozíciu (skladbu) plytších zdrojov hydrotermálnych roztokov a hlbších zdrojov, ktoré predstavujú prísun magmy, pričom tie hlbšie magmatické zdroje sú maskované (zatienené) tými plytšími. Jediný spôsob ako sa o tom presvedčiť je rozklad (dekompozícia) signálu na signál plytkých zdrojov a signál hlbších zdrojov. A tu prichádza na scénu výhoda a úderná sila našej inverznej metodiky. Signál vieme rozložiť na pole plytkých zdrojov (obr. 3) a pole hlbších zdrojov (obr. 4). Za deliacu hĺbku sme si zvolili hladinu 4 km pod hladinou mora, ktorá predstavuje zhruba horné ohraničenie oboch seizmogénnych zón, v ktorých sa nachádzajú hypocentrá mikroseizmov sopečno-tektonických udalostí počas sopečného nepokoja na ostrove. Rozklad na plytké a hlboké pole robíme numerickou metódou trojitého harmonického pokračovania nášho nameraného gravimetrického signálu (reziduálnych zmien tiaže): nahor o 4 km, nadol o 8 km, a opäť nahor o 4 km. Matematicky a numericky je táto procedúra opísaná v práci [6].
Následne sme obe zložky, plytké aj hlboké pole riešili ako obrátenú úlohu, aby sme našli zdroje, ktoré obe polia generujú. Opäť sme inverziu zbehli v zmysle hmotných úsečiek. Ku plytkému poľu sme našli tri plytké hmotné úsečky, ktoré interpreujeme ako termálne roztoky iniciované sopečným nepokojom. Ku hlbokému poľu sme inverziou našli zdroj v hĺbke zhruba 6 km pod hladinou mora, ktorý interpretujeme ako injektáž čerstvej magmy. Plytké zdroje i hlboký zdroj reprezentované hmotnými úsečkami sú zobrazené na obr. 5.
Obr. 5. Tri plytké hmotné úsečky nad hladinou mora reprezentujúce migrujúce hydrotermálne roztoky a krátka hlboká zahnutá hmotná úsečka reprezentujúca injektáž čerstvej magmy v hĺbke zhruba 6 km pod hladinou mora.
Interpretácia výsledkov inverzie
Dve severozápadné hmotné úsečky, z tých troch, ktoré tvoria riešenie obrátenej úlohy pred dekompozíciou na plytké a hlboké pole, svojou hĺbkou zodpovedajú hĺbke, v ktorej sa má nachádzať magmatický krb phonolitickej lávy v útrobách stratovulkánov Teide a Pico Viejo, ktorý bol určený z petrologických a geochemických údajov ([1] and [2]). Naše zdroje však ležia zhruba 5 km SSZ od vrcholu Pico Viejo. Neinterpretujeme ich preto ako magmatické zdroje. Ako sme už spomenuli, máme za to, že predstavujú superpozíciu plytších hydrotermálnych zdrojov a hlbších magmatických zdrojov. Túto hypotézu sme nakoniec aj potvrdili dekompozíciou signálu na zložky generované plytkými a hlbšími zdrojmi. Plytké zdroje dobre korelujú s predpokladanými cestami migrácie termálnych roztokov. Hlboký zdroj, ktorý interpretujeme ako magmatický, predstavuje injektáž čerstvej magmy do oblasti severozádnej seizmogénnej zóny [3]. Táto injektáž magmy iniciovala migráciu plynov a termálnych roztokov, ktoré sa prejavili ako plytkézdroje.
Odkazy a publikácie
- 1. Ablay, G.J., Martí J.: Stratigraphy, structure, and volcanic evolution of the Pico Teide – Pico Viejo formation, Tenerife, Canary Islands, J. Volcanol. Geotherm. Res., 103(1–4), 175–208 (2000)
- 2. Andújar, J., Costa, F., Martí, J.: Magma storage conditions of the last eruption of Teide volcano (Canary Islands, Spain). Bulletin of Volcanology 72, 381–395 (2010)
- 3. Cerdeña D.I., del Fresno C., Rivera L.: New insight on the increasing seismicity during Tenerife's 2004 volcanic reactivation. J. Volcanol. Geotherm. Res. 206, 15–29 (2011)
- 4. Fletcher R., Powell, M.J.D.: A rapidly convergent descent method for minimization. The Computer Journal 6(2): 163–168 (1963)
- 5. Gottsmann, J., Wooller, L., Martí, J., Fernández, J., Camacho, A.G., Gonzalez, P.J., Garcia, A., Rymer, H.: New evidence for the reawakening of Teide volcano. Geophys. Res. Lett., 33, L20311 (2006)
- 6. Prutkin I., Vajda P., Tenzer R., Bielik, M.: 3D inversion of gravity data by separation of sources and the method of local corrections: Kolarovo gravity high case study. Journal of Apllied Geophysics 75(3), 472–478 (2011)
- 7. Vajda P., Prutkin I., Tenzer R., Jentzsch G.: Inversion of temporal gravity changes by the method of local corrections: A case study from Mayon volcano, Philippines. J. Volcanol. Geotherm. Res. Vol. 241–242, 13–20 (2012)