Duration-amplitude distribution of volcanic tremor

Abstract

The duration-amplitude distribution of volcanic tremor was examined in eight volcanoes and one geothermal area. An exponential model, implying a scale-bound source process, is found to be a better fit to the data than a power law (scale invariant) model. The exponential model well describes tremor associated with magmatic and phreatic eruptions, shallow and deep source regions, and geothermal sources. We tested the exponential model described by: dðDRÞ ¼ dtelDR , where d is the duration of tremor greater than or equal to a particular amplitude DR, dt is the total duration of tremor, and the inverse of l is the characteristic amplitude of the distribution. l1 takes on values between 0.003 and 7.7 cm2. Our results show that the characteristic amplitude for eruptive tremor is greater than for noneruptive tremor, that for deep tremor is greater than for shallow tremor, and that for tremor associated with magmatic eruptions is greater than for tremor associated with phreatic eruptions. The exponential scaling of tremor suggests that tremor is not simply composed of a series of low-frequency events closely spaced in time. Further, the exponential scaling requires the source to be scale bound; the amplitude variations of tremor are distributed about a constant characteristic amplitude. We propose that exponential scaling of tremor amplitude is caused by fixed source geometry driven by variable excess pressures. The exponential scaling of tremor demonstrates that tremor source processes are fundamentally different from those for earthquakes.

Se examinó la distribución de la duración y la amplitud del temblor volcánico en ocho volcanes y un área geotérmica. Un modelo exponencial, que implica un proceso de fuente limitada por la escala, resulta ser un mejor ajuste a los datos que un modelo de ley de potencia (invariante de la escala). El modelo exponencial describe bien el temblor asociado a las erupciones magmáticas y freáticas, a las regiones de fuentes superficiales y profundas, y a las fuentes geotérmicas. Probamos el modelo exponencial descrito por: dðDRÞ ¼ dtelDR , donde d es la duración del temblor mayor o igual a una amplitud particular DR, dt es la duración total del temblor, y la inversa de l es la amplitud característica de la distribución. l1 toma valores entre 0,003 y 7,7 cm2. Nuestros resultados muestran que la amplitud característica del temblor eruptivo es mayor que la del temblor no eruptivo, que la del temblor profundo es mayor que la del temblor superficial, y que la del temblor asociado a las erupciones magmáticas es mayor que la del temblor asociado a las erupciones freáticas. La escala exponencial del temblor sugiere que el temblor no se compone simplemente de una serie de eventos de baja frecuencia estrechamente espaciados en el tiempo. Además, la escala exponencial requiere que la fuente esté limitada por la escala; las variaciones de amplitud del temblor se distribuyen alrededor de una amplitud característica constante. Proponemos que el escalamiento exponencial de la amplitud del temblor está causado por una geometría fija de la fuente impulsada por un exceso de presión variable. La escala exponencial del temblor demuestra que los procesos de la fuente del temblor son fundamentalmente diferentes de los de los terremotos.