Hypocenter distribution of volcanic earthquakes beneath Mount Sinabung (Oct 2023–Apr 2024) using an adaptive damping Geiger relocation

Э. Минарто; А. Дитанингрум; Н Кристианто

doi:10.46698/VNC.2026.27.54.001

Э. Минарто Институт технологий Сепулух Нопембер, факультет физики, Индонезия, 60111, г. Сурабая
А. Дитанингрум Институт технологий Сепулух Нопембер, факультет физики, Индонезия, 60111, г. Сурабая
Н Кристианто Центр вулканологии и смягчения геологических опасностей, Индонезия, 40122, г. Бандунг, ул. Дж. Дипонегоро, 57

DOI: https://doi.org/10.46698/VNC.2026.27.54.001

Ключевые слова: вулкан Синабунг, вулканическое землетрясение, гипоцентр, метод Гейгера, сейсмический мониторинг

Резюме

Актуальность работы. Вулкан Синабунг остается одним из наиболее активных вулканов Индонезии в течение последнего десятилетия, порождая повторяющиеся рои землетрясений, которые отражают динамические процессы в недрах. Понимание пространственного распределения гипоцентров имеет критическое значение для определения путей транспорта магмы и оценки вулканической опасности в густонаселенных регионах. Цель данного исследования – уточнить каталог землетрясений для Синабунга путем переопределения локации событий с повышенной точностью, что позволит различить процессы неглубокого хрупкого разрушения от более глубокой магматической активности. Было проанализировано 61 вулканическое землетрясение, зарегистрированное в период с октября 2023 по апрель 2024 года. Методы. Переопределение гипоцентров выполнялось с использованием алгоритма Гейгера по методу наименьших квадратов с адаптивным демпфированием, разработанного для минимизации нестабильности в неоднородных скоростных структурах. Для оценки надежности были применены тесты на чувствительность к ±10 % изменению скорости P-волн и процедура jackknife-ресэмплинга сейсмических станций. Эти процедуры позволили выявить хорошо определяемые события и отметить чувствительные к модели случаи, требующие осторожной интерпретации. Результаты. Результаты выявили две различные популяции гипоцентров. Мелкие события типа VTB (глубина 0,3–2,0 км) образуют почти непрерывные рои под вершиной и верхними склонами, что согласуется с процессами хрупкого разрушения вблизи поверхности или гидротермального растрескивания. В отличие от них, более глубокие события типа VTA (глубина 2,5–14 км) формируют несколько выстроенных в линию кластеров, а не единый источник, очерчивая вертикально сегментированные пути, соответствующие структурам проводящего канала или транспорту магмы в средней коре. Эпицентры сконцентрированы в пределах 0–5 км от вершины, что указывает на вертикально непрерывную, но сегментированную магмоподводящую систему. Эти результаты дают новые ограничения на геометрию магматических путей под Синабунгом и способствуют совершенствованию моделей оценки вулканической опасности на севере Суматры.

Литература

Gunawan H., Surono, Budianto A., Kristianto et al. Overview of the eruptions of Sinabung Volcano, 2010 and 2013–present and details of the 2013 phreatomagmatic phase. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2019. Vol. 382. pp. 103–119. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2017.08.005.

Annisa Y., Astriyan G.C., Wahyunia S., Indrastuti N., Massinai M.F.I. Determination of hypocenter using Geiger method in Sinabung Volcano, April-July 2016 period. In: IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2021. Vol. 873. No. 1. Art. No. 012007. DOI: 10.1088/1755-1315/873/1/012007.

Bakhshian E., Martinez-Pastor B. Evaluating human behaviour during a disaster evacuation process: A literature review. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition). 2023. Vol. 10. Issue 4. pp. 485–507. DOI: 10.1016/j.jtte.2023.04.002.

Bourne S.J., Oates S.J., Van Elk J., Doornhof D. A seismological model for earthquakes induced by fluid extraction from a subsurface reservoir. JGR Solid Earth. 2014. Vol. 119. Issue 12. pp. 8991–9015. DOI: 10.1002/2014JB011663.

Bowden D.C., Tsai V.C. Earthquake ground motion amplification for surface waves. Geophysical Research Letters. 2017. Vol. 44. No. 1. pp. 121–127. DOI: 10.1002/2016GL071885.

Brocher T.M. Key elements of regional seismic velocity models for long period ground motion simulations. Journal of Seismology. 2008. Vol. 12. No. 2. pp. 217–221. DOI: 10.1007/s10950-007-9061-3.

Charlton T.R. Tertiary evolution of the Eastern Indonesia Collision Complex. Journal of Asian Earth Sciences. 2000. Vol. 18. Issue 5. pp. 603–631. DOI: 10.1016/S1367-9120(99)00049-8.

Diaz J. On the origin of the signals observed across the seismic spectrum. Earth-Science Reviews. 2016. Vol. 161. pp. 224–232. DOI: 10.1016/j.earscirev.2016.07.006.

Hariyono E., Liliasari S. The characteristics of Volcanic Eruption in Indonesia. In: Volcanoes – geological and geophysical setting, theoretical aspects and numerical modeling, applications to industry and their impact on the human health. Ed. G. Aiello. InTech. 2018. DOI: 10.5772/intechopen.71449.

Jain S. Earthquakes. In: Fundamentals of Physical Geology. In: Springer Geology. New Delhi. Springer India. 2014. pp. 337–369. DOI: 10.1007/978-81-322-1539-4_15.

Karasozen E., Karasozen B. Earthquake location methods. International Journal on Geomathematics. 2020. Vol. 11. No. 1. Art. No. 13. DOI: 10.1007/s13137-020-00149-9.

Katoh S., Iio Y., Nagao H., Katao H., Sawada M., Tomisaka K. SegPhase: development of arrival time picking models for Japan’s seismic network using the hierarchical vision transformer. Earth Planets Space. 2025. Vol. 77. Art. No. 118. DOI: 10.1186/s40623-025-02249-y.

Kulhanek O. 21 The structure and interpretation of seismograms. In: International Geophysics. Vol. 81. Elsevier. 2002. pp. 333–348. DOI: 10.1016/S0074-6142(02)80224-8.

Kusumo A.W., Azuma H., Watanabe T., Oda Y. Seismic tomography for subsurface structures imaging beneath Hachijojima Volcanic Island, Izu-Bonin Arc, Japan. Journal of Seismology. 2025. Vol. 29. No. 4. pp. 855–873. DOI: 10.1007/s10950-025-10309-9.

Lienert B.R., Berg E., Frazer L.N. Hypocenter: An earthquake location method using centered, scaled, and adaptively damped least squares. Bulletin of the Seismological Society of America. 1986. Vol. 76. No. 3. pp. 771–783. DOI: 10.1785/BSSA0760030771.

Lomax A., Michelini A., Curtis A. Earthquake Location, Direct, Global-Search Methods. In: Encyclopedia of Complexity and Systems Science. Ed. R.A. Meyers. New York. NY. Springer New York. 2009. pp. 1–33. DOI: 10.1007/978-3-642-27737-5_150-2.

Luo Z., Shang X., Wang Y., Li X., Liu I.-H., Tai Y. P- and S-wave arrival time combined Bayesian location method for a microseismic event. Journal of Central South University. 2023. Vol. 30. No. 11. pp. 3808–3820. DOI: 10.1007/s11771-023-5459-5.

Manzo R., Cesca S., Galluzzo D., La Rocca M., Picozzi M., Di Maio R. Source analysis of low frequency seismicity at Mt. Vesuvius by a hybrid moment tensor inversion. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2024. Vol. 454. Art. No. 108173. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2024.108173.

Marghany M. Wavelet transform and particle swarm optimization algorithms for automatic detection of internal wave from synthetic aperture radar. In: Nonlinear Ocean Dynamics. Elsevier. 2021. pp. 247–274. DOI: 10.1016/B978-0-12-820785-7.00005-8.

Nakada S., Zaennudin A., Yoshimoto M., Maeno F. et al. Growth process of the lava dome/flow complex at Sinabung Volcano during 2013–2016. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2019. Vol. 382. pp. 120–136. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2017.06.012.

Nakamichi H., Ukawa M., Sakai S. Precise hypocenter locations of midcrustal lowfrequency earthquakes beneath Mt. Fuji, Japan. Earth, Planets and Space. 2014. Vol. 56. No. 11. pp. e37–e40. DOI: 10.1186/BF03352542.

O’Hara D., Karlstrom L. The arc-scale spatial distribution of volcano erosion implies coupled magmatism and regional climate in the Cascades arc, United States. Frontiers in Earth Science. 2023. Vol. 11. Art. No. 1150760. DOI: 10.3389/feart.2023.1150760.

Senathirajah K., Bonner M., Schuyler Q., Palanisami T. A disaster risk reduction framework for the new global instrument to end plastic pollution. Journal of Hazardous Materials. 2023. Vol. 449. Art. No. 131020. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131020.

Shayakhmetov S.B., Kalpenova Z.D., Lesov K.S., Umarov Kh.K. Rayleigh and love surface waves with regard to seismic stress state of earth bed. E3S Web of Conferences. 2023. Vol. 401. Art. No. 01077. DOI: 10.1051/e3sconf/202340101077.

Sutawidjaja I.S., Prambada O., Siregar D.A. The August 2010 Phreatic Eruption of Mount Sinabung, North Sumatra. Indonesian Journal on Geoscience. 2013. Vol. 8. No. 1. pp. 55–61. DOI: 10.17014/ijog.8.1.55-61.

Van Der Laat L., Mora M.M., Fco. Pacheco J., Lesage P., Meneses E. Seismicity during the recent activity (2009–2020) of Turrialba volcano, Costa Rica. Journal of Volcanology and Geothermal Research. 2022. Vol. 431. Art. No. 107651. DOI: 10.1016/j.jvolgeores.2022.107651.

Yang W. From Elastic Waves to Seismic Waves. In: Reflection Seismology. Elsevier. 2014. pp. 47–81. DOI: 10.1016/B978-0-12-409538-0.00003-8.

Zhang Y., Wang T., Bian Y., Yang Q. Features of different types of seismic events in China’s Capital Region. Earthquake Science. 2021. Vol. 34. No. 6. pp. 489–506. DOI: 10.29382/eqs-2021-0035.

Zhang Z.-X. Stress Waves. In: Rock Fracture and Blasting. Elsevier. 2016. pp. 1–36. DOI: 10.1016/B978-0-12-802688-5.00001-4.