1992-1998 seismicity and deformation at Mt. Eyjafjallajökull volcano

Abstract (Swedish)

Sammanfattning: Målet med detta examensarbete i tillämpad geofysik är att öka förståelsen för geologiska och
geofysiska processer och deras samspel under vulkanen Eyjafjallajökull i södra Island. På Island
har sedan ett tiotal år tillbaka använts geodetiska mätningar med Global Positioning System
(GPS) instrument och geodetiska tiltmätare för att påvisa krustal deformation, som orsakas av
vulkanisk, annan magmatisk eller seismisk aktivitet.
Jag har behandlat och tolkat GPS- och tilt-mätningar utförda i området omkring Eyjafjallajökull
sedan 1992 i detta examensarbete. Modellering med en modell med en punktformad tryckkälla
föreslagen av K. Mogi 1958 har utnyttjats. Tolkning av denna modell har sedan använts för att
dra slutsatser om orsaken till den uppmätta deformationen under tiden då jordbävningssvärmen
1994 ägde rum. Lokalisering av jordbävningsfoci från den för Eyjafjallajökull atypiska
seismiska aktiviteten, som ägde rum under försommaren 1994 har gjorts. Vidare har en
utvärdering utförts av de seismiska hastighetsmodeller, som finns för det aktuella området, och
som använts för att lokalisera jordbävningarna från svärmen 1994. Jag har försökt att tolka både
orsaken till den plötsliga seismiska aktiviteten under Eyjafjallajökull och relationen mellan den
observerade krustala deformationen och den seismiska aktiviteten under tidsperioden 1992-1998.
Eyjafjallajökull utgörs av en stratavulkan som är belägen i den södra delen av den östra
vulkaniska zonen (EVZ, the Bastern Volcanic Zone) vid Islands södra kust. EVZ utgör
tillsammans med den västra vulkaniska zonen (WVZ, the Western Volcanic Zone) en
fortsättning av den mittatlantiska ryggen, som ansluter till Island vid den västligaste sydspetsen, Reykjaneshalvön. Idag anses EVZ vara den mest aktiva av de två, och 85±15% av den totala riftrörelsen anses ske i EVZ. EVZ löper från sydvästra delen av Vatnajökull till Islands södra
kust i riktning mot Västmannaöarna. Vulkankonen Eyjafjallajökull bildades för ungefär 0,78
miljoner år sedan i den cirka 2 miljoner år gamla EVZ. Eyjafjallajökull är uppbyggd av alkalina
basalter, men den senaste aktiviteten hade en mer sur karaktär. Lavorna domineras av ankaramiter
till kvarts-trakyter.
Eyjafjallajökull ligger strax väster om den seismiskt och vulkaniskt aktiva vulkanen Katla. Mot norr påträffas ett flertal aktiva vulkaner såsom Hekla, Vatnafjöll och Torfajökull. Eyjafjallajökull
har ibland även kallats "Den Tysta", vilket väl karaktäriserar den seismiska och vulkaniska
aktivitet som rått under de senaste 15 åren. Den seismiska aktivitet inom EVZ är av heterogen
karaktär. Det förekommer både konstant seismiskt aktiva vulkaner och områden och vulkaner
som är nästan helt aseismiska. Eyjafjallajökull uppvisar en mycket periodisk seismisitet, som
troligen härrör från magmatiska intrusioner eller förändringar i det rådande stressfältet i området.
Två jordbävningssvärmar har ägt rum under de senaste tio åren, en 1994 samt en 1996.
En utvärdering av de tre seismiska hastighetsmodeller, som finns för området, gjordes varefter
en av modellerna lyftes fram som den mest lämpliga för lokalisering av jordbävningarna under
Eyjafjallajökull. Den föredragna seismiska hastighetsmodellen baseras på data från den norra
delen av den i väster belägna grannvulkanen Katla (MYR-N modellen). I denna seismiska
hastighetsmodell finns ingen höghastighetszon, likartad den som påträffats öster om Eyjafjallajökull
i den sydisländska seismiska zonen (SISZ - South lceland Seismic Zone) och som
ingår i den andra modellen (SIL- the South lceland Lowland model). I den tredje utvärderade
modellen finns en zon med lägre seismiska hastigheter, som utgör ett tecken på fickor av magma
eller magmakammare. Denna modell är baserad på data från Katlas västra del, där en magmakammare
påträffades på cirka 5 km djup.
1994 års jordbävningssvärm under Eyjafjallajökull registrerades av två seismiska nätverk i
området och bestod av mer än 130 "event". Dessa "event" är medel- till högfrekvensjordbävningar,
som inträffade strax norr om Eyjafjallajökull. Av dessa har totalt 67 lokaliserats i denna
studie. Magnitudintervallet sträcker sig från ML 0,59 till 2,27 och jordbävningarna klassificerades
därför som mikrojordbävningar.
Jordbävningssvärmen började plötsligt den 23:e maj och pågick drygt en och en halv månad
fram till den 3:e juli 1994. Majoriteten av jordbävningarna skedde på fyra till sju kilometers djup
och uppvisade en tydlig öst-västlig trend, vilken väl överensstämmer med det lokala stressfältet,
som anses råda under Eyjafjallajökull, men som ännu ej funnit sin slutliga förklaring.
Fokalmekanismerna uppvisar en homogen trend med vertikala T-axlar, horisontella P-axlar och
öst-västligt orienterade nodalplan. P-axlarnas orientering varierar dock, vilket har tolkats antingen
som en effekt av det heterogen stressfält, som råder under Eyjafjallajökull, eller att stressfältet
skulle ha varierat under tiden för jordbävningssvärmen. Den mer regionala seismiska trend, som
observerats i anslutning till EVZ, är orienterad i en mer nordöstlig-sydvästlig riktning. Sett över
längre tid verkar den seismiska aktiviteten under Eyjafjallajökull vara närmare sammankopplad
med detta regionala stressfält. De få jordbävningar som inträffar är troligen inte betingade av
magmatiska intrusioner utan snarare av små justeringar av det regionala stressfältet, vilket
orsakas av plattornas rörelser. Med hjälp av de GPS-mätningar, som gjorts under åren 1994 till
1998, och som analyserats i detta examensarbete, kan ingen mätbar deformation i Eyjafjallajökull
påvisas, trots den jordbävningssvärm som inträffade 1996. Denna svärm anses därför inte vara
relaterad till någon magmatisk intrusion, som skulle kunna generera mätbar deformation i
jordskorpan. Däremot är jordbävningssvärmen 1994 associerad med mätbar deformation i
jordskorpan. Den senare seismiska aktiviteten och deformationen tolkas som resultat av en magmatisk intrusion, en skivformad gång, intruderad på 6-7 km djup i öst-västlig riktning under
vulkanens norra flank. Denna intrusion anses vara liten. Som förut föreslagits har den en
begränsad längd och mindre än fem meters bredd.
Modellering med den modell med en punktformad källa som föreslagits av Mogi indikerar att
jordbävningssvärmen under Eyjafjallajökull 1994 troligen orsakats av en gångintrusion snarare
än en magmakammare. Denna tolkning beror på att den största uppmätta deformationen inte
skedde direkt över det tänkta deformationscentrumet, som Mogis modell föreslår, utan snarare
söder om Eyjafjallajökull. Tiltmätningar under tiden 1993-1994 uppvisar en tilt-vektor, som inte
är riktad direkt mot deformationscentrumet (Mogimodellen) utan istället pekar mot ett
deformationscentrum söder eller sydväst om Eyjafjallajökull. Detta indikerar vidare att en gångintrusionsmodellen
bättre skulle passa de geodetiska data och den uppmätta deformationen än en
modell grundad på Mogis modell.
Eyjafjallajökull karaktäriseras av ringa seismisk aktivitet. Den intensifierade seismisitet, som
inträffat under de senaste 15 åren är episodisk och plötslig. Jordbävningssvärmen 1994
orsakades troligen av en magmatisk intrusion medan den under våren 1996 inte kan relateras till
någon magmatism, eftersom ingen observerbar krustal deformation förekom under denna tid.
Den deformation som uppmätts under mätperioden 1992-1998 anses vara nära knuten till
magmatisk och/eller seismisk aktivitet under Eyjafjallajökull. Geodetiska mätningar (GPS och
tilt-mätningar) under åren 1994 (efter 1994 års "event") och 1998, visar att ingen långsam mer
kontinuerlig mätbar deformation sker under Eyjafjallajökull.

Abstract

In this master thesis, I use seismic and geodetic data to study a period of unrest at Mt. Eyjafjallajökull volcano in South Iceland. An earthquake swarm, which occurred in 1994 was studied. Global Positioning System (GPS) geodetic measurements and optical levelling ground tilt measurements in the period of 1992 to 1998 were also analysed. Geodetic ground information measurements show that the 1994 earthquake swarm was associated with crustal deformation , probably caused by an inclined east-west oriented dyke intrusion at around 6-7 km depth beneath Mt. Eyjafjallajökull. A "Mogi"-single-point-source of pressure model cannot fully explained the data from 1992-1998, but the geodetic data rather suggest that a dyke intrusion model is more appropriate for the deformation associated with the 1994 earthquake swarm at Mt. Eyjafjallajökull. GPS measurements show that an earthquake swarm in 1996 was not associated with any significant crustal deformation. The 1996 earthquake swarm was located to the west of the 1994 earthquake swarm. It was not associated with any magmatic intrusion at shallow depth, but rather with brittle failure of the upper crust. No significant gradual deformation was observed at Mt. Eyjafjallajökull in the 1994-1998 period, indicating that Mt. Eyjafjallajökull is characterised by little deformation between episodic events of magmatic/seismic activity.

Abstract (Swedish)

I detta examensarbete använder jag både seismiska och geodetiska data för att studera en period med seismisk aktivitet under vulkanen Eyjafjallajökull, belägen i södra Island. Lokalisering av jordbävningar i en jordbävningssvärm 1994, geodetiska data från Global Positioning System (GPS) och optiska tilt-mätningar under perioden 1992-1998 har analyserats. De geodetiska mätningarna visar att jordbävningssvärmen 1994 var associerad med krustal deformation, och orsakades av en öst-västligt orienterad mot vertikalplanet lutande magmatisk intrusion, vilken skedde på 6-7 km djup under Eyjafjallajökull. Modellering med en "Mogi"-single-point-source deformationsmodell visar emellertid att geodetiska data från tiden 1992-1998 inte fullständigt låter sig förklaras med en punktmodell. En "gångintrusion modell" verkar passa bättre med den observerade deformationen. GPS mätningarna visar vidare att en jordbävningssvärm 1996 under Eyjafjallajökull inte kan associeras med någon mätbar krustal deformation. Denna svärm inträffade längre västerut än svärmen 1994. Jordbävningarna 1996 anses inte vara förknippad med någon grund magmatisk intrusion, utan orsakades av spröd deformation i den övre delen av jordskorpan. Ingen långsam, successiv krustal deformation har kunnat observerats under perioden 1992-1998, vilket indikerar att Eyjafjallajökull är ett stabilt vulkaniskt område, där krustal deformation är nära relaterad till magmatism och/eller seismisk aktivitet.

• author: Blomstrand Stinessen, Malou
• supervisor: Anders Lindh; Freysteinn Sigmundsson; Bryndís Brandsdóttir
• organization: Department of Geology
• alternative title: Seismisk aktivitet och deformation vid Eyjafjallajökull-vulkanen, södra Island under perioden 1992-1998
• year: 1999
• type: H1 - Master's Degree (One Year)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Island, Mt. Eyjafjallajökull volcano, deformation, seismicity, geology, geography
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 103
• funder: The Nordic Volcanological Institute
• language: English
• additional info: Freysteinn Sigmundsson, Nordic Volcanological Institute and; Bryndís Brandsdóttir, Science Institute of the University of Iceland.; Det fysiska exemplaret av uppsatsen är i fyra delar, I-IV.
• id: 2344456
• date added to LUP: 2012-10-30 15:03:19
• date last changed: 2012-10-30 15:05:13