Monitoring volcanoes using seismic noise correlations

In this article, we summarize some recent results of measurements of temporal changes of active volcanoes using seismic noise cross-correlations. We first present a novel approach to estimate volcano interior temporal seismic velocity changes. The proposed method allows to measure very small velocity changes (≈ 0.1%) with a time resolution as small as one day. The application of that method to Piton de la Fournaise Volcano (La Réunion Island) shows velocity decreases preceding eruptions. Moreover, velocity changes from noise cross-correlations over 10 years allow to detect transient velocity changes that could be due to long-lasting intrusions of magma without eruptive activity or to pressure buildup associated to the replenishing of the magma reservoir. We also present preliminary results of noise cross-correlation waveform perturbation associated with the occurrence of dike injection and volcanic eruption. We show that such an analysis leads us to locate the areas of dike injection and eruptive fissures at Piton de la Fournaise Volcano. These recent results suggest that monitoring volcanoes using seismic noise correlations should improve our ability to forecast eruptions, their intensity and thus potential environmental impact.

RésuméDans cet article sont résumés quelques résultats récents de changements temporels observés sur un volcan actif, par utilisation de corrélations du bruit de fond sismique. On présente d’abord une nouvelle approche pour estimer les variations temporelles de vitesse sismique à l’intérieur du volcan. La méthode proposée permet de mesurer de très faibles variations de vitesse (≈ 0,1 %), avec une résolution d’une journée. L’application de cette méthode au volcan du Piton de la Fournaise (Île de la Réunion) montre une diminution de la vitesse avant les éruptions. En outre, les variations de vitesse obtenues à partir de corrélations de bruit de fond sur une durée de 10 ans permettent de détecter des variations de vitesse transitoires qui pourraient être dues à des intrusions de magma de longue durée, sans activité éruptive, ou à des augmentations de pression associées au remplissage du réservoir de magma. Sont aussi présentés des résultats préliminaires sur les variations de forme d’onde des corrélations, associées à l’injection de dykes et aux éruptions. Il est montré qu’une telle analyse permet de localiser les zones d’injection de dykes et de fissures éruptives. Ces résultats suggèrent que la surveillance des volcans par utilisation de corrélations de bruit de fond sismique pourrait améliorer notre capacité à prédire les éruptions, leur intensité et leur impact potentiel sur l’environnement.