Tektonické a vulkanické zemětřesné roje na jihozápadním Islandu a jejich podobné a rozdílné charakteristické vlastnosti

• Thesis title in Czech: Tektonické a vulkanické zemětřesné roje na jihozápadním Islandu a jejich podobné a rozdílné charakteristické vlastnosti
• Thesis title in English: Tectonic and volcanic earthquakes swarms in South-West Iceland and their similar and dissimilar attributes
• Key words: Zemětřesení|Jihozápadní Island|Zemětřesný roj|Vulkanická aktivita|Lokalikalizace ohniska zemětřesení|Migrace ohnisek zemětřesení|Zdrojové mechanizmy|Tektonické napětí
• English key words: Earthquake|South-West Iceland|Earthquake swarm|Volcanic activity|Location of earthquake focus|Migration of earthquake foci|Source mechanisms|Tectonic stress field
• Academic year of topic announcement: 2021/2022
• Thesis type: dissertation
• Thesis language: čeština
• Department: Geofyzikální ústav AV ČR, v.v.i. (32-GFUAV)
• Supervisor: RNDr. Jan Burjánek, Ph.D.
• Author: hidden - assigned and confirmed by the Study Dept.
• Date of registration: 20.09.2021
• Date of assignment: 20.09.2021
• Confirmed by Study dept. on: 20.09.2021
• Advisors: Ing. Jana Doubravová, Ph.D.

Guidelines

Island je součástí Středoatlantského hřbetu, který v severním Atlantiku tvoří divergentní rozhraní mezi Euroasijskou a Severoamerickou tektonickou deskou. Na poloostrově Reykjanes (PR) na jihozápadním Islandu Středoatlantský hřbet vystupuje z oceánu na povrch a probíhá od jihozápadu na východ jako asi 65 km dlouhý rift kopírující rozhraní tektonických desek. Na PR se Euroasijská a Severoamerická deska vzájemně pohybují rychlostí 20mm/rok ve směru V-Z, a 5 mm/rok ve směru ve směru S-J (Einarsson, 2008). Vektor rychlosti pohybu desek je k rozhraní desek šikmý. Důsledkem toho je cca 30 km široká deformační zóna podél celého riftu tvořená systém zlomů šikmých a kolmých k deskovému rozhraní. Deformační energie se na těchto zlomech uvolňuje formou velkého množství mikrozeměřesení, a slabých zemětřesení do magnituda ML3.5. Významnou roli zde hrají občasné zemětřesné roje,které výjimečně dosahují magnituda ML6. Poloostrov Reykjanes je považován za seismicky nejaktivnější část Islandu co do počtu zemětřesení. PR vykazuje i vulkanickou aktivitu. Většina povrchu poloostrova je pokrytá lávou, poslední (resp. předposlední) fáze vulkanických erupcí,která zachvátila celý poloostrov, skončila v roce 1240 (Einarsson, 2008). PR je vysoce komplexní geofyzikální struktura charakteristická interakcí tektonické a vulkanické aktivity.
Geofyzikální ústav spolu s Ústavem struktury a mechaniky hornin AV ČR vybudovaly na RP v roce 2013 seismickou síť REYKJANET, kterou tvoří 15 širokopásmových stanic. Od roku 2013 do současnosti databáze REYKJANET obsahuje data více než 150 000 lokálních seismických jevů,převážně mikrozemětřesení s magnitudy ML <3.0. Silnější zemětřesné roje s magnitudy ML 3.9 a 3.8 se vyskytly až v srpnu 2017 a prosinci 2019 v oblasti vulkánu Fagradalsfjall. Zcela výjimečný zemětřesný roj s magnitudem ML 5.7 spojený s magmatickou intruzí a výzdvihem povrchu vulkánu Mt. Thorbjörn 100 mm se odehrál v únoru 2020. Další silný zemětřesný roj o magnitudu ML 5.6 následoval v říjnu 2020.Nejintenzivnější zemětřesný roj v této sérii s magnitudem ML 5.7 se odehrál mezi vulkány Keilir a Fagradalsfjall v únoru 2021. Vysoká zemětřesná aktivita PR byla ukončena vulkanickou erupcí 19. 3. 2021, která byla předem indikována sérií nízkofrekvenčních tremorů. Jedná se o první vulkanickou erupci na PR od r. 1240, zemětřesná aktivita 2020-2021 je nejsilnější na PR za posledních 50 let, a vůbec poprvé byly na PR zaznamenávy nízkofrekvenční tremory spojené s pohybem magmatu. Pozorování ze sítě REYKJANET představují unikátní datový soubor obsahující data různých typů rojových zemětřesení: tektonických,vulkanicko-tektonických a vulkanických spojených nízkofrekvenčními tremory.
Náplní disertační práce bude detailní analýza rojových aktivit za období 2017-2021 s cílem zjistit charakteristické vlastnosti/atributy zemětřesných rojů vzniklých uvolněním deformační energie na tektonických zlomech a zemětřesných rojů generovaných magmatickou intruzí. Ke splnění tohoto úkolu bude v první řadě nutné zpracovat velké objemy dat. Doktorandka použije programový balík Seismon_WB. Dalším krokem bude absolutní a relativní (double difference localization) lokalizace ohnisek zemětřesení, analýza časoprostorového rozložení ohnisek a jejich migrace. Velkou pozornost budeme věnovat seismickému zdroji. Doktorandka provede odhad zdrojových mechanizmů vybraného souboru zemětřesení pomocí úplného momentového tenzoru a modelu „shear-tensile crack“; na základě toho bude možné provést ocenění věrohodnosti nestřižných složek, které by měly indikovat přídavné síly v seismickém zdroji způsobené magmatickou intruzí. Předpokládáme, že magmatická intruze vyvolala i lokální změnu tektonického napětí. Pro ověření tohoto předpokladu doktoranda provede společnou inverzi napětí a orientace zlomových segmentů z dat DC složek ohniskových mechanizmů metodou vyvinutou V. Vavryčukem (2014). V posledním kroku doktorandka provede detailní frekvenční analýzu seismogramů tektonických a vulkanických zemětřesení.

References

Odborné knihy, skripta:
Shearer P. M. Introduction to Seismology, Cambridge University Press, 1999, 260 pp.

Stein S., Wysession M. An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure. Blackwell publishing, 2003, 498 pp.

Thorne L., Wallace T. C. Modern global seismology. Academic Press, 1995, 521 pp.

Shearer P. M. Introduction to Seismology, Cambridge University Press, 1999, 260 pp.

Stein S., Wysession M. An Introduction to Seismology, Earthquakes, and Earth Structure. Blackwell publishing, 2003, 498 pp.

Thorne L., Wallace T. C. Modern global seismology. Academic Press, 1995, 521 pp.

Sleep H.N. Principles of Geophysics. Blackwell Science, 1997, 586 pp.

Stacey F,D., Davis P.M. Physics of the Earth. Cambridge University Press, 2008, 532 pp.

Zang A., Stephansson O. Stress Field of the Earth's Crust. Springer, 2010, 322pp.

Havskov J., Ottemoeller L. Routine Data Processing in Earthquake Seismology. Springer, 2010, 347 pp.

Zahradník J. Fyzika zemětřesení. Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze, 1989, 103 pp.

Novotný O. Mechanika kontinua. Postgraduální kurs zpracování geofyzikálních dat a číslicové seismiky. Matematicko-fyzikální fakulta University Karlovy v Praze, 1989, 31 pp.


Časopisecká literatura:
Allen R. M., Nolet G., Morgan W. J., Vogfjörd K., Bergsson B.H., Erlendsson, P., Foulger G.R., Jakobsdóttir S. S., Julian B.R., Pritchard M., Ragnarsson S., Stefánsson R.,1999. The thin hot plume beneath Iceland. Geophys. J. Int., 137,51–63,doi: 10.1046/j.1365-246x.1999.00753.x.

Einarsson P., 1991. Earthquakes and present-day tectonism in Iceland. Tectonophysics,189,61–279,doi: 10.1016/0040-1951(91)90501-I.

Einarsson P., 2008. Plate boundaries, rifts and transforms in Iceland. In: Encyclopedia of Earthquake Engineering, Beer, M., Ioannis A. Kougioumtzoglou, I.A., Patelli, E., Siu-Kui Au, I. (Eds.),
doi: 10.1007/978-3-642-36197-5_294-1, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2021.

Einarsson P., 2015. Mechanisms of earthquakes in Iceland. Jökull, 58, 60-75.

Julian B.R., Miller A.D. and Foulgler G.R., 1997.Non-double-couple earthquake mechanisms at the Hengill-Grensdalur volcanic complex, Southwest Iceland.Geophys. Res. Lett., 24, 743-746.

Hill D.P., 1977: A model for earthquake swarms. J. Geophys. Res., 82, 1347-1352.

Horálek J., Fischer T., P. Einarsson P, Jakobsdóttir S. S., 2015. Earthquake swarms. In: Encyclopedia of Earthquake Engineering, edited by M. Beer, E. Patelli, I. Kougioumtzoglou and I. S.-K. Au., Springer-Verlag, Berlin, doi:10.1007/978-3-642-36197-5_294-1.

Jakobsdóttir S.S.,Roberts M.J., Guđmundsson G.B., Geirsson H. and Slunka R., 2008. Earthquake swarms at Upptyppingar, North-east Iceland: a sign of magma intrusion? Stud. Geophys. Geod., 52, 513-528.

Keiding M., Lund B., Árnadóttir T.,2009. Earthquakes, stress, and strain along an obliquely divergent plate boundary: Reykjanes Peninsula, southwest Iceland. J. Geophys. Res., 114/B9, doi: 10.1029/2008JB006253.

Pedersen, R., Sigmundsson, F. and Einarsson, P., 2007. Controlling factors on earthquake swarms associated with magmatic intrusions; Constraints from Iceland. J. Volcanol. Geotherm. Res.,162, 73–80.

Sæmundsson, K. and Einarsson, P., 2014. Notes on the Tectonics of Reykjanes. Report No. ÍSOR-2013/003, ÍSOR, Reykjavík.

Tryggvason E. Seismicity, earthquake swarms, and plate boundaries in the Iceland region. Bull. Seismol. Soc. Am., 63/4:1327–1348, 1973.

Tryggvason, A., Rögnvaldsson, S. Th., and Flóvenz, Ó. G., 2002. Three dimensional imaging of the P- and S-wave velocity and earthquake locations beneath Southwest Iceland. Geophys. J. Int., 151, 848-866.

Vavryčuk, V., 2011. Principal earthquakes: theory and observations from the 2008 West Bohemia swarm, Earth planet. Sci. Lett., 305, 290–296.

Vavryčuk, V., 2014. Iterative joint inversion for stress and fault orientations from focal mechanisms, Geophys. J. Int., 199, No. 1, 69-77 doi: 10.1093/gji/ggu224.

Vavryčuk, V., 2015. Earthquake mechanisms and stress field. In: Encyclopedia of Earthquake Engineering, edited by M. Beer, E. Patelli, I. Kougioumtzoglou and I. S.-K. Au.,Springer-Verlag, Berlin, doi:10.1007/978-3-642-36197-5_295-1.

Waldhauser F., Ellsworth, W.L., 2000. A double-difference earthquake location algorithm: Method and application to the northern Hayward fault, California. Bull. Seismol. Soc. Am., 90/6:1353–1368,
doi: 10.1785/0120000006.

Weir, N.R.W., White, R.S., Brandsdottir, B., Einarsson, P., Shimamura, H., Shiobara, H. and the RISE Fieldwork Team, 2001. Crustal structure of the northern Reykjanes Ridge and Reyjkanes Peninsula, southwest Iceland,. J. Geophys. Res., 106, 6347-6368.

Wyss M., Shimazaki K., Wiemer S,1997. Mapping active magma chambers by b values beneath the off-Ito volcano, Japan. J. Geophys. Res., 102/B9:20413–20422, doi: 10.1029/97JB01074.

Yamashita, T., 1999. Pore creation due to fault slip in a fluid-permeated fault zone and its effect on seismicity: generation mechanism of earthquake swarm. Pure Appl. Geophys., 155, 625-647., 1989, 103 pp.