Monitoring the Temporal Changes of Continuous Tremor Before and During the 2014 Strombolian Eruption at Aso Volcano Using Cross-Correlation Methods = 상호-상관 방법을 이용한 2014년 아소산 스트롬볼리식 분화 이전과 기간 동안의 연속 미동 추적

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

At Aso Volcano, a variety of volcanic tremors are observed during both quiet periods and active eruptive phases. Among them, continuous tremor (CT) has been recognized as being closely related to the flow of volcanic gas and/or fluids beneath the crater. In this study, we investigate how CT evolved before and during the 2014 Strombolian eruption and how these changes relate to subsurface gas flow processes.
We analyzed 14 months of continuous waveform data, including a five-month Strombolian eruption period and the preceding quiet period, recorded by nine seismometers installed around the crater. Spatial coherence of tremor was calculated using cross-spectra for all station pairs, allowing us to identify temporal variations in tremor strength. In addition, cross-correlation functions (CCFs) were computed and used to locate tremor hypocenters through travel-time difference back-projection. Finally, temporal changes in tremor characteristics were examined by clustering CCFs to identify transitions in tremor patterns.
Our results show that CT intensified repeatedly during short-lived phreatic eruptions prior to the Strombolian eruption. Approximately one month before eruption onset, increased permeability beneath the crater facilitated gas release, resulting in two episodes of abrupt CT intensification. While most CT hypocenters were concentrated directly beneath the crater, an additional sub-cluster appeared in a southeastern cracked region starting about three months before the eruption. During the Strombolian eruption, changes in CT clusters closely correspond to transitions in eruption style.
These observations demonstrate that long-term monitoring of CT provides valuable insight into temporal variations in subsurface gas accumulation and emission beneath the crater, highlighting CT as a promising tool for tracking pre-eruptive and eruptive processes at persistently active volcanoes.

국문 초록 (Abstract)

아소 (阿蘇)산에서는 휴지기에도, 활발한 분화 기간에도 다양한 화산성 미동들이 발생하는데, 그 중에서도 연속 미동은 분화구 바로 아래에서의 화산성 기체나 유체의 흐름과 밀접한 관련이 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 스트롬볼리식 (Strombolian) 분화 이전과 분화 기간 동안 연속 미동이 어떻게 변하고, 그것이 분화구 아래 기체 흐름과 어떤 관련이 있는지 관찰하고자 하였다. 5개월의 스트롬볼리식 분화 기간과, 그 이전의 휴지기를 모두 포함하는 총 14개월 길이의, 분화구 주변에 설치된 9개의 지진계에 기록된 파형 자료를 활용하였다. 모든 지진계 쌍들의 상호 스펙트럼 (spectrum)을 이용해 지진계 배열 전체의 연속 미동의 공간적 결맞음을 계산하였고, 이를 이용해 시간에 따라 미동이 언제 얼마나 강해졌는지를 확인하였다. 또 상호-상관 함수들을 계산해 주행 시간 차이 역투영법을 통해 연속 미동의 진원을 결정하였다. 마지막으로, 시간에 따른 상호-상관 함수들을 군집화하여 연속 미동의 특성이 언제 바뀌는지를 찾아냈다. 연구 결과, 스트롬볼리식 분화 이전, 수 차례의 짧은 수증기 분화 동안 연속 미동이 순간적으로 강해지는 것을 확인하였다. 또, 스트롬볼리식 분화 시작 약 한달 전부터 분화구 아래 암석의 투수성이 증가하며 화산성 기체가 방출되었고, 이로 인해 연속 미동 또한 2회씩 갑작스럽게 강해지는 양상을 보였다. 대부분의 연속 미동 진원은 분화구 아래에 몰려 있었으나, 스트롬볼리식 분화 약 3달 전부터는 분화구 남동쪽 균열 영역에 새로운 군집도 추가로 형성되었다. 한편, 스트롬볼리식 분화 기간 동안의 연속 미동 군집의 변화는 분화 양상의 전환과 잘 맞았다. 결론적으로, 본 연구를 통해 연속 미동의 장기간의 시간에 따른 변화를 감시한다면, 분화구 하부에서 일어나는 기체 흐름이나 방출이 어떻게 바뀌는지를 추적할 수 있다는 가능성을 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Data and Method 4
• 2.1. Data 4
• 2.2. Calculating Cross-Spectrum 9
• 2.3. Spatial Coherence 12
• 2.4. Searching for CT Hypocenter 13
• 2.5. Clustering CCF 22
• Chapter 3. Results 23
• 3.1. Overall Results 23
• 3.2. Results by Cluster 33
• Chapter 4. Discussion 41
• 4.1. Uncertainty Analysis 41
• 4.2. Overall Results 45
• 4.3. Quiet Period 47
• 4.4. Pre-eruption 52
• 4.5. Strombolian Eruption 54
• Chapter 5. Conclusion 57
• Bibliography 58
• 국문 초록 64