Rudolph

Rudolph 2011

[PDF] A prediction of the longevity of the Lusi mud eruption, Indonesia

seismo.berkeley.edu/~manga/rudolphmanga2011.pdf

A prediction of the longevity of the Lusi mud eruption,Indonesia

Suatu perkiraan panjang umur (longevity) semburan mud volcano Lusi, Indonesia

Maxwell L. Rudolph^a,∗, Leif Karlstrom^a, Michael Manga^a,∗∗

^aDepartment of Earth and Planetary Science, University of California, Berkeley Berkeley, CA USA

Corresponding Author ^∗∗Principal Corresponding Author Email addresses: rudolph@berkeley.edu(Maxwell L. Rudolph), manga@seismo.berkeley.edu (Michael Manga)

Research highlights

► Kami mengembangkan suatu model mekanika "semburan lumpur Lusi" di Indonesia (We develop a mechanical model for the ‘Lusi’ mud eruption, Indonesia).

► Model ini bersamaan dengan suatu cara baru untuk mencari reservoir lumpur) Our model incorporates a new way of looking at mud reservoirs).

► Pembentukan kaldera merupakan salah satu outcome dari kemungkingan model ini (Caldera formation is one possible model outcome).

► Diperkirakan kengan kemungkingan 50% bahwa semburan akan berlangsung sekitar 40 tahun (We predict a 50% chance that the eruption will last less than 40 yrs).

Abstract

A mud eruption, nicknamed Lusi, began near Sidoarjo, East Java, in May 2006. It has discharged ∼10⁴ −10⁵ m³/day of mud ever since.

In order to understand the nature of the eruption and its potential longevity, we develop a model for the coupled evolution of the mud source and ascent of mud through a conduit to the surface.

The ascent of the mud is driven by overpressure in the mud source and by the exsolution and expansion of dissolved gases. We assume that erupted fluids originate in the mud source region.

Mobilization of the mud is caused by elastic stresses induced by mud evacuation from the subsurface.

We perform Monte Carlo simulations to explore model outcomes while perturbing the unknown material properties of the mud and surrounding medium.

Using our preferred model, we calculate a 50% chance of the eruption lasting <41 years and a 33% chance that it lasts >84 years.

Model predictions can be refined with additional, but currently unavailable constraints: more precise estimates of mud discharge, the yielding behavior of the materials in the subsurface, total gas content in the mud source, and identification of any erupted fluids that do not originate in the mud source.

Abstrak

Suatu semburan lumpur, yang selanjutnya dijuluki sebagai Lusi, terjadi di dekat kota Sidoarjo, di Jawa Timur, pada Mei 2006.

Sejak saat itu, semburan tersebut telah mengeluarkan lumpur ~10.000-100.000m3/hari.

Dalam rangka untuk memahami sifat semburan dan potensi panjang umur, penulis telah mengembangkan suatu model untuk evolusiditambah dari sumber lumpur dan naiknya lumpur melalui saluran ke permukaan.

Naiknya lumpur ke permukaan (the ascent of the mud) telah didorong oleh overpressure dalam sumber lumpur (is driven by overpressure in the mud source) dan oleh eksolusi dan ekspansi gas terlarut (by exsolution and expansion of dissolved gases).

Kami berasumsi bahwa semburan cairan berasal dari wilayah sumber lumpur.

Mobilisasi lumpur (mobilization of the mud) disebabkan oleh tekanan elastis (elastic stressed) yang disebabkan oleh pemindahan lumpur dari bawah permukaan (mud evacuation from the subsurface).

Kami melakukan simulasi Monte Carlo untuk mengeksplorasi hasil dari, sementar itu mempertimbangkan sifat-sifat dari material lumpur yang tidak diketahui dan media di sekitarnya.

Dengan menggunakan model yang dipilih,kami menghitung 50% kemungkinan semburan yang berlangsung <41 tahun dan nilai kemungkinan 33% akan berlangsung>84 tahun.

Semburan sering berakhir dengan pembentukan kaldera (eruption often end with the formation of a caldera), tetapi semburan yang lebih lama tampaknya cenderung untuk tidak membentuk kaldera (longer eruptions are less likely to form a caldera).

Prediksi pemodelan dapat disempurnakan (model predictions can be refined with additional but currently unavailable constraints) dengan menambahkan konstrain, tetapi saat ini hal tersebut tidak tersedia, yaitu: perkiraan yang lebih tepat dari debit lumpur (more precise estimates of mud discharge), perilaku yang menghasilkan material di bawah permukaan (the yielding behavior of materials in the subsurface), kandungan gas dalam sumber lumpur (total gas content in the mud sources), dan identifikasi dari setiap semburan cairan yang tidak berasal dari sumber lumpur (identification of any erupted fluids that do not originate in the mud source).

Conclusions

In summary, we considered two possible scenarios under which the current eruption may end, either through the eventual inability of dissolved gases to sustain the eruption, or the formation of a caldera.

We made some necessary simplifications in order to develop a tractable model, most importantly the assumption of constant conduit geometry and uniform material properties of the mud source and surroundings.

There is also considerable uncertainty in mechanical properties such as viscosity, failure strength of the mud, initial gas content, and origin of additional fluids.

However, once we constrain the model to produce the observed eruption rate, uncertainty in viscosity and gas content have little effect on longevity predictions.

Validating our conceptual model is necessary for its predictions to be relevant and useful for planning. It should be possible to demonstrate the existence and amount of additional fluids (Davies et al., 2007, 2011b) by sampling fluids from erupted mud.

There is also some ambiguity in the measurements of gas composition, and the collection of gas samples directly from Lusi’s crater would better in form our model parameters.

We have also neglected to include aspects of regional tectonics that may influence the eruption, particularly if the mud source expands.

Perhaps most important is the role of stresses from the reactivated Watukosek fault that passes through the eruption source (Mazzini et al., 2009).

The spatial correlation of mud volcano locations with the fault suggests that the fault influences at least the location of the eruptions. Our treatment of mud rheology and mobiliza- tion is simplified, as mud failure and flow are complicated.

Finally, our treatment of the region surrounding the mud chamber as elastic cannot account for surface cracks and motion on nearby faults, features that suggest brittle failure or plastic deformation.

Despite the uncertainties in material properties and the model approximations, our modeling framework allows us to make probabilistic estimates of longevity and to highlight how predictions can be improved in light of better observational constraints.

KESIMPULAN

Sebagai ringkasan, kami menentukan dua kemungkinan skenario dibawah mana semburan saat ini bisa berakhir (we considered two possible scenarios under which the current eruption may end), baik melalui ketidakmampuan gas terlarut untuk mempertahankan/melanjutkan semburan (the eventual inability of dissolved gases to sustain the eruption), atau dari pembentukan suatu kaldera (the formation of a caldera).

Kami membuat beberapa penyederhanaan yang diperlukan dalam upaya agar model dapat diikuti, hal yang paling penting adalah asumsi geometri saluran yang konstran (constant conduit geometry) dan penyeragaman sifat-sifat material dari sumber lumpur dan di sekitarnya (uniform material properties of the mud source and surroundings).

Juga terdapat ketidakjelasan pada sifat mekanika seperti kekentalan. Failure strength dari lumpur, kandungan gas awal, dan asal usul dari tambahan cairan (origin of additional fluids).

Namun, sekali kita memberikan konstrain pada model untuk menghasilkan pengamatan kecepatan semburan, tidak jelasnya viskositas dan kandungan dari gas mempunyai dampak yang kecil terhadap prediksi panjang kehidupan (uncertainty in viscosity and gas content have little effect on longevity predictions).

Validasi dari konsep model kami adalah sangat penting agar perkiraan terebut relevan dan berguna untuk perencanaan (Validating our conceptual model is necessary for its predictions to be relevant and useful for planning). Hal tersebut mungkin untuk memperlihatkan keberadaan dan jumlah dari tambahan fluida (Davies et al., 2007, 2011b), dengan melakukan percontohan fluida dari semburan lumpur.

Juga terdapat beberapa ambisi pada pengukuran komposisi gas, dan pengumpulan contoh gas langsung dari kawah Lusi, akan membuat lebih baik dari parameter model kami.

Kami juga telah mengabaikan untuk melibatkan aspek tektonik yang mempengaruhi semburan (neglected to include aspects of regional tectonics that may influence the eruption), khususnya bila terjadi ekspansi dari sumber lumpur.

Kemungkinan yang paling penting adalah peran dari tekanan-tekanan yang dihasilkan dari reaktivasi patahan Watukosek yang memotong melalui sumber semburan (most important is the role of stresses from the reactivated Watukosek fault that passes through the eruption source, Mazzini et al., 2009).

Korelasi spasial dari lokasi-lokasi mud volcano dengan patahan menunjukkan bahwa patahan mempengaruhi sedikitnya pada lokasi dari semburan (the fault influences at least the location of the eruptions). Penanganan kami dari reologi lumpur dan mobilisasi adalah sederhana, ketika mud failure dan aliran lumpur adalah komplek.

Akhirnya, penangan kami pada daerah disekitar kantong lumpur sebagai yang elastik tidak dapat memperhitungan rekahan di permukaan dan pergerakan di dekat patahan, ciri-ciri tersebut dipercaya sebagi brittle failure atau deformasi plastis.

Walaupun terdapat tidakkejelasan dari sifat-sifat material dan pendekatan model, kerangka pemodelan kami memungkinkan kami untuk meringkas bagaimana perkiraaan panjang umur Lusi tersebut dapat disempurnakan dalam kaitan dengan pengamatan yang lebih baik terhadap konstrain yang masih ada (how predictions can be improved in light of better observational constraints).