Sentinel-1 DInSAR 관측을 활용한 2017년 3월 Cerro Azul 화산 불안 시기의 마그마 활동 분석 = Analysis of Magma Activity during the Cerro Azul Volcanic Unrest in March 2017 Using Sentinel-1 DInSAR Observations

국문 초록 (Abstract)

Cerro Azul 화산은 갈라파고스 제도에서 가장 활동적인 화산 중 하나로, 2017년 3월에 칼데라(caldera) 주변과 남동쪽 평원에서 급격한 변위를 동반한 중대한 불안 현상을 보였다. 이 연구에서는 Cerro Azul 화산의 불안 기간에 대해 Sentinel-1A 위성의 상향 및 하향 궤도에서 획득된 영상레이더(synthetic aperture radar, SAR) 간섭쌍에 차분간섭기법(differential interferometric SAR, DInSAR)을 적용하여 레이더 관측 방향(line of sight, LOS)의 변위와 2차원(상하 및 동서 방향) 변위를 산출하였다. Cerro Azul 화산의 칼데라 주변 및 남동쪽 평원에서 원형의 광범위한 간섭띠 패턴이 관측되었으며, 각각 위성으로부터 멀어지는 LOS 변위와 위성에 가까워지는 LOS 변위로 확인되었다. 2차원 변위는 Cerro Azul 화산의 칼데라 주변 화산체가 수축하고 남동쪽 평원은 융기 및 팽창하였음을 보였다. 화산 불안 기간 동안 마그마의 활동 특성을 파악하고자Mogi 및 Sill 소스 모델에 기반하여 두 궤도에서 측정된 LOS 변위의 역산을 수행하였다. 역산을 통해 추정된 최적의 마그마 소스 파라미터(source parameters)로부터 모사된 지표변위는DInSAR 관측 변위와 비교하여 5% 미만의 정규화된 평균제곱근편차를 보였으며, 역산 모델링의 결과가 신뢰할 수 있음이 확인되었다. Mogi 소스는 화산의 북동쪽 칼데라 림(rim) 아래 약 4.7 km 깊이에 위치하였으며, 부피 변화는 약 -31 × 10⁶㎥로 추정되었다. Sill 소스는 화산의 남동쪽 평원에서 길이와 폭이 각각 약 10 km와 1 km인 긴 직사각형 형태로 약 7 km 깊이에 위치하였으며, 부피 변화는 약 68 × 10⁶㎥로 추정되었다. Sill 소스 부피 증가의 크기는Mogi 소스 부피 감소의 크기보다 약 2배 컸다. 이 연구의 결과는Mogi 소스와 더 깊은 곳에 위치한 마그마 소스에서 화산의 남동쪽 평원으로 마그마가 관입하여 불안이 야기되었을 가능성을 시사하였다. 또한 Cerro Azul 화산이 복잡한 마그마 활동 특성을 가질 수 있으며, 화산의 활동과 화산 재해의 위험성 평가를 위해 지속적인 변위 모니터링이 필요함을 보였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cerro Azul volcano, one of the most active volcanoes in the Galápagos Archipelago, exhibited significant unrest in March 2017, marked by dramatic displacement around the caldera and on the southeastern plain. This study applied differential interferometric synthetic aperture radar (DInSAR) technique to SAR image pairs acquired from the Sentinel-1A satellite’s ascending and descending nodes to measure the line-of-sight (LOS) and two-dimensional (up-down and east-west) displacements during the 2017 unrest of the volcano. Extensive concentric fringe patterns were observed around the caldera and on the southeastern plain of Cerro Azul volcano, indicating LOS displacements away from and toward the satellite, respectively. Two-dimensional displacements revealed that the volcanic body around the caldera contracted, while the southeastern plain uplifted and expanded. To further characterize magmatic activity during the unrest, we inverted LOS displacements from both ascending and descending observations using Mogi and Sill source models. The surface displacements simulated from the optimal magma source parameters obtained through inversion showed a normalized root mean square error of less than 5% compared to the DInSAR-observed displacements, confirming the reliability of the inversion results. The Mogi source was located approximately 4.7 km beneath the northeastern caldera rim of Cerro Azul and exhibited a volume change of -31 × 10⁶ ㎥. The Sill source, characterized by a long rectangular shape approximately 10 km in length and 1 km in width, was situated about 7 km beneath the southeastern plain and showed a volume change of 68 × 10⁶ ㎥. The volume increase of the Sill source was approximately twice that of the volume decrease of the Mogi source. Results of this study suggest that magma intrusion into the southeastern plain, originating from the Mogi source and deeper magma reservoirs, likely drove the 2017 unrest. This highlights the complex magmatic activity of Cerro Azul volcano and underscores the importance of continuous displacement monitoring to assess volcanic activity and associated hazards.