Berdasarkan kombinasi dan biostratigafi, mineral lempung, hasil vitrinit reflektivitas sumber utama semburan lumpur dapat diduga berasal dari lapisan antara interval 1615–1828 m.
Terdapatnya pasir volkanoklastik (umumnya bersumber dari Formasi Pucangan atau dari kedalaman 1871 m) semburan setelah fase awal dari aktivitas awal LUSI (Gamb. 3(B)) dapat berhubungan dengan faktor-faktor kombinasi.
Usulan alternatifnya adalah:
a) pencairan (fluidization) dari lapisan pasiran Pucangan selama fluida kaya air naik,
b) sebagian pencairan (partial fluidization) pada bagian paling atas dari satuan turbidit karena volume air meningkat selama terjadinya dehidarasi dari mineral lempung,
c) sebagian pasir mengalami pencairan mengikuti adanya aktivitas seismik atau kegempaan (partial sand fluidization following seismic activity),
d) kemungkinan masukan dari naiknya fluida dari kedudukan yang lebih dalam dari Formasi Kujung.
Hasil geokimia konsisten dengan pengamatan geologi menunjukkan adanya percampuran dari fluida dalam dan fluida dangkal (a mixture of deep and shallow fluids).
Komposisi isotop gas mendukung hipotesis bahwa gas yang disemburkan pada LUSI berasal dari percampuran asal usul biogenik dan termogenik (the hypothesis of a mixed biogenic and thermogenic origin of the gases erupted (e.g. cfr. Bernard et al., 1978; Whiticar, 1999)).
Relatif rendahnya δ13C CH4 (dibawah dari − 51,8‰) mencirikan bahwa gas biogenik bercampur dengan kontribusi termogenik (thermogenic contribution). Sebagaimana didukung oleh adanya kandungan hidrokarbon berat (heavier hydrocarbons).
Dalam kasus ini, satuan lempung bertekanan berlebih (overpressured clayey units) dengan kedalaman 1323–1871 m merupakan kandidat sebagai sumber gas biogenic.
Sedangkan secara isotop termogenik gas harus bermigrasi dari formasi yang lebih dalam (antara lain Formasi Ngimbang yang berada pada kedalaman yang lebih besar,Wilson et al., 2000).
Terdapatnya H2S yang konstan sejak awal semburan juga memberikan dugaan suatu kontribusi dari gas dalam (deep gas), atau lebih mungkin, H2S sebelumnya dibentuk pada lapisan yang lebih dangkal kaya dengan SO4 dan atau metan atau material organik.
Cepatnya variasi komposisi dari semburan gas (Tabel 1) juga mengindikasikan suatu sistem yang komplek dari sumber dan reaksi sebelum dan selama semburan.
Sementara asal mula dari gas metan dijajaki terhadap material organik, tingginya jumlah CO2 dalam fase gas sangat mengejutkan.
Asal usul CO2 diperkirakan berasal dari mikroba pada LUSI diindiksikan oleh nilai δ13C CO2 (yang rendah sebesar 18,4‰).
Perbandingan nilai yang dideteksi pada cekungan sedimen yang kaya organik dimana CO2 diproduksi dalam jumlah yang signifikan dan normalnya terlarut dalam pori air.
Pada kasus ini CO2 solubility dalam rongga air dari interval bertekanan berlebih pada orde 47 g/L (pada 300 bar, 1 M NaCl, dan temperatur 100 °C) (Duan and Sun, 2003).
Selama pengurangan tekanan dan naik ke permukaan. Solobilitas CO2 di dalam air berkurang sampai 0,1 g/L (at 1 bar, 1 MNaCl dan 100 °C), dan CO2 setrerusnya dilepaskan pada fase gas.
Fluida yang terkandung dengan lumpur mempunyai salititas (~ 20 g/kg) dimana nilai tersebut jauh lebih kecil daripada salinitas air laut (~ 35 g/kg).
Komposisi tersebut memberikan kepercayaan bahwa ia telah dibentuk dengan delusi dan modifikasi diagenitik dari air laut yang berasal dari air pada formasi larut di bawah Lusi.
Diasumsikan bahwa klorin berperan secara konservatif selama penguburan dan volkanisme lumpur (burial and mud volcanism), telah dihitung bahwa komposisi air laut dilusi dengan klorinitas sebesar 325 mol l− 1 (Table 2).
Bila dibandingkan ini dengan air laut yang segar (freshened Seawater), fluida LUSI diperkaya dalam B, Ca, Li, Na, Sr dan Br dan depresi dalam K, Mg and SO4. Ia juga diperkaya 18O dan deplesi dalam 2H.
Bagian dari penyegaran adalah karena adanya percampuran dengan air meteorit dangkal (shallow meteoric waters). Kimia fluida, memberikan kepercayaan bahwa penyebaran juga dapat dihasilkan dari proses-prose diagenetik (diagenetic processes).
Bukti adanya femomena dehidrasi mineral lempung:
Perkayaan dari B dan Li dan 18O dan deplesi di dalam 2H merupakan tipe yang dibutuhkan bila mineral lempung yang telah dehidrasi dan telah diamati pada cairan gunung lumpur lainnya (Dahlmann and de Lange, 2003; Hensen et al., 2004).
Pada proses ini, mineral lempung kaya 18O, miskin 2H-berlapisan dengan air, Li dan B dilepaskan pada rongga fluida pada temperatur antara 60 dan 160 °C (Ishikawa and Nakamura, 1993; Chan and Kastner, 2000; Dahlmann and de Lange, 2003) menghasilkan pada perubahan kimia dan pada penyegaran rongga air.
Sebagai tambahan untuk dehidrasi mineral lempung, deplesi dalam Mg and K dan pengkayaan pada Ca dan Sr memberikan dugaan bahwa reaksi-reaksi alterasi silikat telah berlangsung (Egeberg, 1990; Martin et al., 1996).
Kemungkinan sumber dari reaksi silikat adalah pasir volkanoklastik berumur Pleistosen. Karena reaksi alterasi silikat mengkonsumsi air yang kaya 18O, ia menghasilkan peningkatan salinitas dan pengurakan rongga pori δ18O.
Tabel 2. Komposisi air dan isotop dari fluida yang deemburkan pada lokasi yang berbeda Lusi dibandingkan dengan nilai air laut (SW) dan llusi airlaut (Dil, SW)
Pengamatan penyegaran dan pengkayaan 18O dari fluida LUSI memberikan implikasi bahwa mineral lempung dehidrasi didominasi selama reaksi alterasi dari silikat dalam mendifinisikan komposisi kimia isotopic dari fluida rongga.
Adalah sangat mungkin bahwa bagian air disemburkan sangat besar jumlahnya yaitu 15 juta m3 (i.e.March 2007) berasal dari dehidrasi mineral lempung sebagaimana dicirikan oleh analisis air?
Lapisan 1109-1828 mengalami dampak transformasi smektit-ilit:
Dalam rangka merespon pertanyaan ini, perhitungan konservatif jumlah air yang dihasilkan dari dehidrasi mineral lempung dapat dilakukan. Diketahui bahwa sekurang-kurangnya interval 1109–1828 m mengalami dampak transformasi dari smektit-ilit (smectite–illite transformation).
Berdasarkan pemantauan penenggelaman di permukaan, diperkikakan bahwa daerah yang berpotensi berbentuk elip dengan 2 sumbu berukuran 3,5×2 km di sekitar saluran yang berperan sebagai suatu daerah sumber.
Diperkirakan akan menghasilkan lebih dari 1,2 milyar m3 air dengan asumsi-asumsi, bila:
1. 1 m3 dari smektit dapat menghasilkan lebih dari 0,35 m3 dari air selama dehidrasi (Perry and Hower, 1972; Kholodov, 1983), bahwa,
2. rata-rata smektit terkandung dari studi lempung sebesar 35%, dan bahwa,
3. 65% dari smektit telah ditransformasikan menjadi ilit,. Angka ini harus ditambahkan dengan air laut yang berasal pada satuan lempung marin yang belum terkompakkan undercompacted marine clayey units dan konservasi didalam satuan impermeabel yang sangat tipis karena penguburan yang cepat.
Suatu kesimpulan penting bahwa semburan air dan mineral lempung mendemonstrasikan bahwa diagenis pada kedalaman 1109 m mengkontribusikan tekanan pada sekuen sedimen.
Tanggal 27 Mei tahun 2006 pada jam 5:54 waktu setempat terjadi fenomena gempabumi dengan kekuatan 6,3 skala Richter, yang telah mengguncangkan bagian selatan dari Pulau Jawa, diikuti gempa susulan dengan kekuatan 4,8 dan 4,6 SR yang terjadi 4 dan 6 jam dari gempa utama (U.S. Geological Survey, 2006).
Episentrum telah direkam 25 km baratlaut Yogyakarta, dan menyebabkan lebih dari 6000 orang meninggal dunia dan sekitar 1,5 juta orang kehilangan rumah.
Pertanyaan adalah apakah ada hubungan antara gempabumi 27 Mei dengan semburan LUSI?
Lebih jauh lagi, struktur pembubungan vertikal di bawah gunung lumpur juga tekadang berasosiasi dikontrol oleh faktor-faktor seperti sesar dan antiklin (e.g. Jakubov et al., 1971; Planke et al., 2004).
Kedua pengendali adanya tektonik aktif yaitu sesar dan struktur piercement sangat relevan dengan lokasi LUSI.
Intensias gempabumi tanggal 27 Mei terekam di Surabaya dengan kekuatan 2–3 MMI sampai 4 MMI di bagian utara dari komplek volkanik Arjuno–Welirang yang dekat dengan lokasi semburan LUSI (U.S. Geological Survey, 2006).
Suatu patahan memotong gunung Pananggungan dan singkapan dari escarpment Watukosek melebar dengan arah timur laut kearah LUSI.
Dimana sesar ini memotong rel kereta api yang bengkok yang terjadi sesat setelah gempa bumi 27 Mei (Fig. 3(F)) mengindikasikan aktivitas lateral yang kuat.
Data pendukung lainnya Sungai Porong yang memperlihatkan pembelokan (Gamb. 1(B)) mengindikasikan sejarah yang panjang dari ciri sesar tersebut.
Kesamaan arah sesar juga diakomodasikan dengan kelurusan berkembangnya gunung lumpur lainnya di daerah tersebut (yaitu Gunung Anyar, Pulungan, Kalang Anyar, Bangkalan, Fig. 1).
Dalam penampang seismik refleksi (seicmic reflection profile) yang dihasilkan sebelum semburan 26 Mei, memperlihatkan bukti adanya stuktur pembumbungan vertikal (diapir) dengan lapisan miring ke atas sekitar zona corong Lusi (Gamb. 3(G)).
Ini dapat ditafsirkan sebagai suatu bukti untuk sejarah yang panjang terhadap adanya pergerakan lumpur kearah vertikal di bawah LUSI, kemungkinan erupsi yang sebelumnya atau gangguan sinyal dari sesar yang memotong daerah ini.
Tampaknya bahwa even gempa bumi 27 Mei 2006 mendistribusikan tekanan (stress distribution) pada beberapa bagian di Jawa dan khususnya dikontribusikan oleh reaktivasi rekahan pada sesar yang sebelumnya telah eksis.
Hal ini memberikan dampak tekanan fluida (fluid pressure) dan permeabilitas (e.g. Elkhoury et al., 2006) dan dipicu oleh tekanan berlebih di bawah permukaan yang telah ada dari struktur pembubungan.
Kemungkinan ini juga didukung oleh fakta bahwa kehilangan (loss) sebagian telah dicatat pada cairan pemboran kira kira 10 menit setelah gempa bumi 27 Mei.
Rekaman ini dapat menjadi fakta keterkaitan pergerakan sepanjang sesar, bersamaan dengan hilang kapasitas penutup (lost its sealing capacity) dan menjadi lebih permeabel.
Pengurangan secara simultan dari produksi gas dari sumur Carat yang berlokasi didekat lokasi mengindikasikan bahwa sistem saluran regional (regional plumbing system) telah difektifkan oleh even seismik (gempa bumi).
Sangat menarik, bahwa terjadinya peningkatan aktivitas dari semburan-semburan kecil di tetangga gunung lumpur juga bersamaan dengan even seismik yang Resen (i.e. 27 Mei), memperlihatkan bahwa jalur aliran fluida telah diefektifkan.
Semburan yang paling signifikan diamati di gunung lumpur Purwodadi (Jawa tengah) yang telah mendidihkan lumpur dan air.
Antara Desember 2006 dan Januari 2007 semburan baru dengan ciri yang sama dengan LUSI terjadi di Jawa Tengah (Bojonegoro mud eruption) dan Jawa Barat (Serang mud eruption) setelah gempa bumi.
Data yang tersedia mendukung hipotesis bahwa aktivitas awal dari Lusi terutama telah dipicu oleh energi yang dilepaskan oleh gempabumi tanggal 27 Mei, dan bukan oleh kegiatan pemboran.
Telah didokumentasikan bahwa beberapa even gempa instan (termasuk gempa 27-Mei 2006) telah memicu dan meningkatkan aktivitas gunung api di Pulau Jawa (e.g. Walter et al., 2007).
Penulis percaya bahwa perekahan dalam berasosiasi dengan sesar yang sebelumnya telah ada di dalam dan di atas satuan lempung.
Yang telah mengalami tekanan berlebih (fault occurred within and above the already overpressured clayey units), sebagai konsekuensi dari gempabumi.
Fluida dalam interval overpressured (1323–1871 m) mulai naik sepanjang dari rekahan yang baru terbentuk.
Aliran pemicu dihasilkan sebagian oleh adanya pengurangan tekanan yang menungkinkan melepaskan CO2 dari pori air.
Turunnya tekanan pada nilai hidrostatik pada kedalaman 1700 m akan menghasilkan pengurangan tekanan kira-kira 11 MPa (Fig. 2).
Suatu tekanan berkurang pada besaran 100 °C akan menghasilkan pengurangan solubilitas dari CO2 dalam air sebesar 6 g/L (cf. Duan and Sun, 2003).
Proses depresurisasi dan pelepasan gas menyebabkan suatu eskalasi aliran fluida vertikal.
Sekali aliran fluida panas mencapai kedalaman yang dangkal (~200 m), tekanan hidrosatatik dari fluida mulai mendidihkan dan menghasilkan erupsi dari air dan lumpur yang terus diperbarui dengan sifat-sifat pulsanisasi.
Pendidihan bersamaan dengan keluarnya gas (CO2 dan CH4) menginisiasi sistem berkelanjutan dan merupakan suatu mesin bertenaga (powered engine) yang mampu untuk menyemburkan lumpur dalam waktu yang lama.
Volume semburan lumpur sejak 29 Mei diperkirakan harus lebih besar dari 27 juta m3 (i.e. data updated in March 2007).
Catatan waktu antara gempa bumi dan erupsi dapat dijelaskan dengan mekanisme sebagaimana yang dijelaskan oleh Miller et al. (2004).
Penulis tersebut menguraikan gempa bumi menginisiasikan gerakan fluida secara lokal, dan sebagai konsekensi, lebih memicu gempabumi setelah waktu jeda.
Sistem fluida gempa dapat berlanjut untuk beberapa saat setelah even utama.
Sebagai salah satu alternatif hipotesis untuk menjelaskan semburan yang seketika yang keluar sebagai semburan liar pada lokasi semburan.
Hipotesis ini akan memberikan implikasi bahwa sirkulasi lumpur di dalam sumur telah diinterupsi selama pemboran, diikuti olah suatu kenaikan tekanan pori.
Hal ini dapat berpotensi untuk menciptakan suatu aliran yang tidak terkontrol dari fluida reservoir ke dalam lubang bor dan menyembur liar.
Sebagai contoh semburan liar dari pemboran pada lokasi yang tidak diketahui (e.g. blow-out in the North Sea at Ekofisk field Bravo platform in April 1977, and inBrunei, Tingay et al., 2005).
Namun, tidak ada tendangan ‘kicks’ tercatat pada dasar lobang bor BJP-1, dan tidak ada semburan melalui sumur.
Lebih jauh lagi sepatu dari sumur BJP-1 yang umumnya sebagai titik lemah dengan pahat bor masih pada posisi yang menempel, karena itu disimpulkan bahwa saluran semburan utama tidak bersentuhan dengan sumur.
Pengujian lubang bor memperlihatkan bahwa tidak ada hubungan antara sirkulasi fluida di dalam sumur dan semburan lumpur ke permukaan.
Namun, berdasarkan data dan bukti yang ada, hipotesis bahwa semburan seluruhnya dikontribusikan pemboran, adalah tidak dapat disimpulkan. ‘However, based on the available data and evidences, the hypothesis of an eruption entirely attributed to drilling (e.g. Davies et al., 2007), is inconclusive’.
Pemantauan perilaku LUSI memperlihatkan bawa fase pulsa up and down terjadi setelah periode 10 Augustus sampai 10 September, dimana kecepatan aliran secara bertahap berkurang, hal ini memberikan argumen bahwa setelah suatu aktivitas yang dahsyat tekanan yang dilepaskan, maka sistem beralih berheti secara lebih alami ‘the flow ate was gradually reduced suggesting that after an initial powerful activity and pressure release the system switched off naturally’.
Fenomena runtuhan gradual dan kaitan dengan pengurangan tekanan:
Interpretasi ini didasarkan pada pemikiran adanya runtuh gradual (gradual collapse) dari sistem penghubung selama pengurangan tekanan berlebih yang progresif, dan perkembangan dari perilaku seperti geyser.
Namun, reaktifnya kembali semburan, dengan kecepatan yang tiba-tiba meningkat sampai 160,000 m3/h, terjadi bersamaan dengan gempabumi pada September 6 dan 8 (Seperti, Gamb. 5).
Pemantauan pada bulan September memperlihatkan bahwa semburan yang lebih dahsyat terjadi dengan periode sekitar 30 menit.
Perulangan harian juga diuraikan pada gunung lumpur lainnya (e.g.Jakubov et al., 1971), namun durasi total semburan jarang lebih dari beberapa hari.
Analogi yang terbaik untuk perulangan dari LUSI adalah sistem panas bumi (hydrothermal systems) dimana fluida disemburkan setelah siklus pendidihan dan seketika melepaskan tekanan.
Jumlah gas H2S yang dideteksi selama fase awal dari erupsi dan secara sistematik meningkatkan aktivitas puncak, mendukung hipotesis bahwa fluida mencul dari satuan yang lebih dalam.
Belum ada indikasi bahwa sistem pengaliran Lusi (the LUSI plumbing system) langsung berkaitan dengan busur gunung api yang berlokasi di selatannya.
Walaupun secara umum mempunyai gradien geothermal di daerah yang tinggi, bisanya berhubungan dengan proses magmatisme.
Belum terdapat bukti untuk menjelaskan pergerakan fluida pada kedalaman yang besar sebagai daya pengendali erupsi (cf. Hovland et al., 2006).
Berdasarkan data yang tersedia, dipercaya bahwa perulangan aktivitas LUSI dan temperatur yang tinggi mencerminkan perilaku quasi-hydrothermal dari sistem semburan.
Satu tahun setelah terjadinya awal semburan, LUSI masih terus menyembur dengan dahsyat.
Pada bulan Juni 2007 semburan gunung sebesar 111.042 m3/h dan rata-rata penenggelaman mencapai 10,7 m.
Salah atu hal yang menarik bahwa kandungan air secara gradual berkurang menjadi 30%, dengan sisanya terdiri dari lumpur dan klastik membulat baik (well rounded clasts) dari lempung abu-abu berasal dari Formasi Kalibeng Atas (i.e. tipe breksi lempung dierupsikan dari gunung lumpur).
Kebundaran dari klastik breksi lumpur diuraikan sebagai hasil litifikasi yang sangat buruk dari formasi ini dan adanya naiknya material.
Pada Februari 2007 perulangan dari semburan yang kuat terjadi setiap 1,5 jam dimana merupakan interval yang lebih tinggi yang direkam pada September 2006 (i.e. setiap 30 menit).
Walaupun observasi kunci ini menunjukan bahwa gunung telah menunjukan secara lambat berkurang energinya dan secara gradual berhenti (Although these key observations might suggest that the volcano is slowly reducing its energy and gradually switching off,), namun suatu jumlah besar material padat daerah ini akan dihadapkan pada kondisi bencana untuk kawasan ini (a large amount of erupted solid material poses hazardous conditions for the area).
Juga karena terjadi peningkatan viskositas dan komponen klastik, maka puluhan armada excavators secara berkelanjutan harus menyerok breksi lumpur dan menggerakannya kearah selatan.
Dalam upaya untuk mengurangi tenaga semburan, bulan Maret 2007 proyek baru mulai memasukkan bola beton ke dalam kawah. Bentuknya melingkar (density 2.4 g/cc) dengan diameter antara 20–40 cm.
Dihubungkan dengan suatu gabungan empat bola (two of 20 cm and two of 40 cm in diameter) dan telah diberi lapisan kimia dalam upaya untuk mengurangi disolusi kimia.
374 rangkaian telah diinsersi dan 24 keluar dari 500 yang direncanakan pada fase kedua.
Bola-bola tampaknya telah mencapai kedalaman 300 m dan beberapa mencapai kedalaman 1000 m.
Namun, tampaknya kecepatan aliran tidak nampak menurun secara signifikan dengan insersi tersebut.
Proyek terakhir adalah upaya membangun tanggul pemanen disekitar kawah, dengan diameter 120 m dengan ketingian 50 m dan tebal 10 m.