Systematic mapping of magma bodies under Cascades volcanoes

喀斯喀特火山下岩浆体的系统制图

基本信息

  • 批准号:
    2313452
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 43.32万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Volcanic eruptions threaten public safety and can cause severe social and economic damage. Most eruptions of continental arc volcanoes are supplied from molten rock, or magma, that builds up in a reservoir somewhere in the crust. However, the size, distribution and depth of crustal magma systems, and their variability between volcanoes, remain poorly known beneath most active systems. The aim of the project is to quantify this variability by providing a synoptic, holistic seismic imaging survey of magma systems along one arc, the Cascades arc of Washington, Oregon and northern California. This arc poses the largest threat to population centers of any in the United States. The study leverages abundant newly deployed or upgraded seismographs placed within a few kilometers of the summits of many of the high-threat Cascades volcanoes, operated by the U.S. Geological Survey. These instruments for the first time provide seismic signals at a scale that could pass through the magma reservoirs. The signals will allow for the first uniform sampling of the magma systems beneath most major Cascades volcanoes. The project supports a postdoc and a graduate student at Cornell University, who will collaborate with scientists at the U.S. Geological Survey’s Cascades Volcano Observatory (CVO). The project will help CVO set up a workflow for continuously monitoring volcanic activities. The project will take advantage of the upgraded seismic monitoring network of CVO and apply several robust seismic techniques to image key volcanic centers along the Cascades volcano arc systematically. Receiver functions frequently show large-amplitude signals near volcanoes that are not seen elsewhere. They will be derived for all near-summit stations, and used to identify and describe sharp interfaces, particularly the tops of magma bodies that produce distinctive seismic velocity inversions. Ambient-noise imaging will be conducted to measure absolute S-wave velocities in the regions sampled by receiver functions, to constrain critical physical properties. These and other measurements are complemented by a comprehensive suite of full-waveform forward models to understand better how finite-wavelength signals interact with magma bodies. These measurements will be jointly inverted and interpreted in a context of variable geometry melt-wavespeed relationships. The ambient noise analyses will also serve as a baseline in a search for temporal changes in seismic wavespeeds near volcanoes, a potential indication of magma movements. The work, for the first time, provides robust, consistent images of magma plumbing systems at multiple volcanoes and will provide more systematic assessments of magma reservoir characteristics.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
火山爆发威胁公共安全,并可能造成严重的社会和经济损失。大多数大陆弧火山的喷发是由熔岩或岩浆提供的,这些熔岩或岩浆积聚在地壳某处的储藏库中。然而,地壳岩浆系统的大小、分布和深度,以及它们在火山之间的可变性,在大多数活跃系统之下仍然知之甚少。该项目的目的是通过对一条弧(华盛顿州、俄勒冈州和加利福尼亚州北部的Cascades弧)的岩浆系统进行综合、全面的地震成像调查,来量化这种可变性。这条弧线对美国人口中心构成了最大的威胁。这项研究利用了大量新部署或升级的地震仪,这些地震仪放置在许多高威胁的喀斯喀特火山的山顶几公里内,由美国地质调查局操作。这些仪器首次提供了可以穿透岩浆储层的地震信号。这些信号将使我们能够首次对喀斯喀特山脉大多数主要火山下的岩浆系统进行统一采样。该项目支持康奈尔大学的一名博士后和一名研究生,他们将与美国地质调查局喀斯喀特火山观测站(CVO)的科学家合作。该项目将帮助CVO建立一个持续监测火山活动的工作流程。该项目将利用升级后的CVO地震监测网,应用几种强大的地震技术,系统地对Cascades火山弧沿线的关键火山中心进行成像。接收函数经常在火山附近显示在其他地方看不到的大振幅信号。它们将用于所有近峰顶台站,并用于识别和描述尖锐的界面,特别是产生独特地震速度反转的岩浆体顶部。环境噪声成像将用于测量接收函数采样区域的绝对横波速度,以约束临界物理性质。这些测量结果和其他测量结果由一套全面的全波形正演模型加以补充,以更好地了解有限波长信号如何与岩浆体相互作用。这些测量结果将在可变几何融化波速度关系的背景下进行联合反演和解释。环境噪声分析也将作为寻找火山附近地震波速度的时间变化的基线,这是岩浆运动的潜在迹象。这项工作首次为多个火山的岩浆管道系统提供了可靠、一致的图像,并将为岩浆储层特征提供更系统的评估。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 43.32万
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    Research Grant
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