尼拉贡戈火山大厦破裂引发无前体喷发

一个“开放式”火山是一个系统，其中一个管道连接到岩浆储层，允许气体和/或岩浆到达地面^4，5。这通常限制了管道系统中的压力积聚，有利于持续的喷涌或突发性喷发活动。在这种情况下，探测即将爆发的地球物理前兆，由于存在与这种持续活动有关的背景信号而变得复杂⁶。位于东非裂谷的西部分支，在维龙加火山省的刚果部分，尼拉贡戈火山和它的邻居尼亚穆拉吉拉火山是地球上最活跃的火山之一⁷。尼拉贡戈火山(海拔3470米)是一个典型的开放系统:它的山顶有一个大的(200-250米宽)，高度流动的熔岩湖，至少自1928年以来一直是其喷发活动的特征^8，9，10。尼拉贡戈代表着直接的威胁¹¹到附近城市戈马(拥有100多万居民)¹²)在刚果民主共和国和吉塞尼(约有11万居民)¹²)，位于海拔1500米(图2)。1）.在2021年5月的火山危机之前，尼拉贡戈火山第一次被实时监测到，历史上只记录了1977年的两次侧面喷发^9，13和2002年^14，15。两者的特征都是相似的喷发前前兆，即附近的火山米2005年，裂谷发生地震，尼亚穆拉吉拉火山大量喷发，当地地震活动发生变化，火山喷发前几天，戈马和吉塞尼有震感。1977年火山爆发前几周，人们观察到熔岩湖的水位剧烈变化¹³。自1995年12月以来，熔岩湖已经被覆盖，在2002年喷发之前，山顶火山口的黑色羽状物和隆隆声伴随着地面振动¹⁶。这些喷发激活了沿着火山南侧的相同的南北喷发裂缝网络(扩展数据图。1)，熔岩流也沿着类似的路径流动¹⁷(扩展数据图2）.戈马的火山监测和应急计划是基于对尼拉贡戈火山喷发历史非常有限的了解而制定的，优先考虑1977/2002年那样的喷发情景，并在事件发生前几天到几周就能探测到明确的前兆信号。

尼拉贡戈火山于2021年5月22日傍晚开始喷发。对KivuSNet网络记录的地震和声学信号的回顾性分析¹⁸使得导致火山爆发的顺序得以解开。自2015年安装该网络以来，已经测量到一个清晰的宽带(超过0.4 Hz)连续地震声震颤，跟踪熔岩湖中新鲜岩浆的持续喂养、脱气和对流^10，19。在UTC时间15点57分左右，一个高频地面运动信号开始掩盖NYI山顶台站的震动。3.）.16时15分，通过当地网络探测到位于大厦浅层深处的第一次火山构造地震(方法）.从16时35分开始，地震活动伴随着由尼拉贡戈引起的相干次声源的声级增加。最后，在16:46 - 16:56之间，连续次声信号爆发(扩展数据图)。3.)与第一次看到的熔岩流出大致吻合，这标志着2021年尼拉贡戈火山东南侧爆发的开始。

主要喷发裂缝在Shaheru陨石坑和Mujoga村之间，从高到低沿南北顺序打开(裂缝2-6，图2)。1及扩展数据图1）.在尼拉贡戈火山的西北侧有一个较短的裂缝，喷发出少量熔岩流，后来利用航空热成像证实了这一点(裂缝1，图1)。1)，但积液发生的确切时间尚不清楚。野外观察及岩石分析(方法)表明熔岩流中含有相对较少的毫米级气泡，表明是脱气岩浆。这些熔岩的矿物学和化学成分，以及它们的晶体货物，与2002年的熔岩流和2016年形成的火山口内山顶喷口喷出的熔岩相似(扩展数据图)。4）.这表明2021年的熔岩流很可能是由岩浆管道系统的较浅部分提供的。然而，在2021年的熔岩中观察到一些高度原始的橄榄石晶体，它们一定来自管道系统的深层部分。

大部分熔岩是从3 ~ 6号裂缝中喷出的。1 c）.3号和4号裂缝的熔岩向东流动，切断了戈马和基巴斯之间的国道，长度超过850米，然后沿着地形向南转弯，越过卢旺达/刚果民主共和国边界。相比之下，5号和6号裂缝的熔岩主要向南移动，到达戈马郊区，并在戈马国际机场跑道以北1.3公里处停止。2）.熔岩覆盖了大约10公里²，假设平均流厚为1-1.5 m，则对应的估计体积为10-15 Mm^3.。熔岩流摧毁了八所学校、三个保健中心、十几座教堂、几个关键的经济基础设施以及电力和电信设施。他们还破坏了供应戈马北部地区的最大水箱，使近55万人无法获得水。根据火山爆发后立即进行的一项实地调查，大约有6000户家庭无家可归。方法）.此外，根据我们的调查记录，大约有220人死亡或失踪，据报道有750多人受伤。

喷发活动持续约6小时，与次声数据一致。然而，地震危机发展了大约10天。在5月24日的平静之后，它以一系列271个事件达到高潮米5月25日至26日，bbbb30例，其中20例米> 4(图)1和2）.合成孔径雷达(SAR)干涉图跨越整个危机，在上升轨道和下降轨道上都显示出三瓣模式。东、西裂片对应一个东西向的开口，并伴有隆起。戈马市的中央叶描绘了一个南北方向的沉降区。这种变形模式是典型的岩脉开口伴随地堑形成^20.。在戈马和吉塞尼，新裂开的裂缝标志着这个450米宽的地堑的边缘。方法）.采用DEFVOLC弹性模型反演干涉图^21，22（方法）.反演形成了一个体积约240 Mm³的亚垂直浅堤，最大开口为2.5 m。它从尼拉贡戈陨石坑向西北延伸了4公里，向南延伸了25公里。3.）.据估计，堤坝的顶部深度约为地表以下450米(扩展数据图)。5和6和扩展数据表1）.这与用简单的三角学假设计算出的宽度为450 m的地堑与60-65°倾斜断层的边界的390-480 m的值一致^23，24。地震和大地测量(全球卫星导航系统)²⁵和雷达干涉测量)数据显示，堤防逐渐向南移动，5月23日至24日从尼拉贡戈向戈马机场移动，5月25日至26日向戈马和吉塞尼市中心移动，最后从5月27日起向基伍湖北部盆地移动。直到5月31日，地震活动仍然很强烈，另有27个地震事件米bbbb30，然后逐渐平静下来。此外，我们利用每日雷达图像追踪了500-550米深的火山口底部逐渐塌陷的过程(图5)。2)，结合来自8颗卫星和15个采集几何图形的图像(方法和扩展数据表2）.5月23日6时和5月25日4时30分喷发出两根数公里高的火山灰柱(方法）.后者与地震事件平均震级的突然跳跃有关。2）.火山口壁不稳定，每次火山灰柱喷发几小时后，火山口就会变宽。2）.

类似于其他堤防侵入²⁶，地震活动性似乎主要局限于延展性堤坝的底边以及戈马下方的最大开口区域(图2)。3.）.根据地震活动性的空间迁移(图2)。2)，大堤分三个主要步骤推进。5月22日的第一步是在大厦内进行横向扩展。从熔岩湖系统开始，它延伸了大约7公里，在几个地方爆发。第二步是从5月23日06:00开始的。地震群向南移动，并于5月24日停止。第三步开始于5月25日4时30分火山灰喷发的同时。5月27日，进展终于在尼亚比胡断裂带附近的基伍湖下停止。然而，基伍盆地的地震活动性仍然高于通常的背景¹⁸好几个月了。

地面和遥感监测技术提供了整个事件序列的详细视图，挑战了以前关于尼拉贡戈火山喷发控制机制的观点。尽管进行了多参数监测，但在火山爆发前的几个月、几周、几天甚至几小时内，都没有发现任何前兆信号。地震活动处于背景水平^18，19(无花果。4)，除了2020年11月在基伍湖下方和2021年4月中旬在尼亚穆拉吉拉火山下方发生的两次地震群(长周期事件)。这两个蜂群与2021年尼拉贡戈火山喷发没有明显联系。无论是在GNSS时间序列还是在雷达干涉图中，都没有检测到明显的喷发前变形，即使是在喷发开始前不到一小时获得的图像(图2)。4）.二氧化硫(SO)₂)脱气(方法)也处于背景水平(图2)。4)，热活动(方法及扩展数据图7）.自2002年喷发以来，尼拉贡戈火山口的熔岩填充一直在断断续续地进行^27，28。从2020年开始，熔岩开始淹没2002年火山口坍塌的残余平台，但仍比1977年喷发前的水平低85米左右。这一观察结果令人关切²⁷但不允许预测2021年的火山喷发。与2002年之前熔岩湖自1995年以来就已被包裹的情况不同，熔岩湖在喷发前处于活跃的对流状态，这意味着岩浆管道系统(超过10公里)有稳定的岩浆和气体供应²⁸我们在熔岩样本中发现了深层衍生的橄榄石晶体，这证明了这一点。

与1977年和2002年的火山爆发不同，这两次火山爆发是由地壳构造引发的^13，14，15我们推断，2021年的喷发是一次大厦破裂的结果，这可能是由于应力达到抗拉强度或由于持续应力和温度升高而导致的时间依赖性减弱造成的。由于已经接近地表，岩浆在喷发前只需要横向传播一小段距离，几乎没有时间来探测和解释相关信号。在第一次可探测到的异常地震事件发生后不到40分钟，火山爆发就开始了。即使对于准备最充分的火山观测站来说，这种延迟也非常短暂，但它可以通过适当的监测基础设施(例如，建筑物中更密集的仪器)、早期预警系统和强大的应急程序采取一些降低风险的行动，这些都是2021年5月尼拉贡戈火山所没有的。

岩脉侵入是大量岩浆横向移动的一种常见运输方式²⁹。在最近的过去，沿着裂谷的堤坝迁移已经在尼拉贡戈发生了¹⁵并且会再次发生。虽然可以在堤坝爆发后跟踪其发展过程中产生的地震和大地测量信号，但预测它是否会爆发、何时何地爆发仍然是一个挑战²⁹。2021年尼拉贡戈火山的喷发与最近其他火山的喷发有相似之处。在夏威夷的基拉韦厄，人们观察到长期压力积聚的迹象^30.但并没有明确的破裂前兆，导致2018年大量堤坝侵入下东部裂谷区³¹。2018年，中央喂养系统的大规模排水导致瓦努阿图安布里姆火山长期存在的熔岩湖灭绝³²以及基拉韦厄火山³¹。2014年，它还导致冰岛巴尔达邦加的火山口下沉³³以及2007年福尔奈斯峰的灾难性崩塌³⁴以及2018年的基拉韦厄火山³¹。在这些类似的堤坝扩展中，大多数在堤坝的末端产生了持久而巨大的火山喷发，距离中央哺育区有数公里远^31，33即使第一次短暂的喷发发生在海拔较高的地方^32，34。由于堤坝扩展发生在戈马和吉塞尼市以及基伍湖的下方，它有可能引发各种灾难性事件:像2002年那样在人口密集的地区快速流动¹⁴，岩浆喷发³⁵甚至是富含天然气的基伍湖的火山喷发³⁶。然而，许多因素可能会影响堤防的扩展，从而影响其产生喷发的可能性。在尼拉贡戈火山，高度脱气的岩浆和高耸的岩石之间的浮力对比很低。冰岛和阿法尔群岛没有随后爆发的入侵事件表明，如此低的浮力对比可能有效地阻止堤坝到达地面^37，38。基伍裂谷的构造伸展可能进一步帮助岩浆被吸进裂谷³⁹随着大厦的破裂，一种已被实验室实验证明的机制出现了⁴⁰。此外，如1975-1987年在冰岛Krafla推断的那样，先前存在的断层穿过堤坝轨迹可能起到应力屏障的作用，阻止或改变堤坝的前进方向³⁹2000年在日本的三宅岛(Miyakejima)⁴¹。在尼拉贡戈，地区性的尼亚比胡断层很可能阻止了基伍湖东北盆地下面的堤坝向南扩展。

在所涉及的危害中，基伍湖岩浆侵入的影响尤其没有得到充分研究。2002年观察到，从浅深度进入湖中的适度熔岩流无法引发湖泊喷发⁴²但海底火山喷发的潜在影响仍然未知。2021年的堤坝侵入深度非常浅(450米，而2002年喷发时的堤坝侵入深度为3000米)¹⁵)，这使得堤坝在城市或湖泊内爆发的可能性比之前想象的要大。

2021年5月的火山爆发要求在尼拉贡戈火山下一次火山危机发生之前，对这些潜在后果进行深入研究。需要对相关风险进行概率量化，但鉴于对尼拉贡戈火山喷发历史的了解有限，这仍然是一项极具挑战性的工作。确定在未来水下喷发中可能进入湖泊的熔岩和气体的数量和速度，是评估湖中堤坝喷发的可能性的关键:(1)不会从湖水中产生任何相关的气体溶解，(2)在入侵地点附近产生短暂的局部气体释放，或(3)产生大规模的湖泊喷发。未来的工作还应该调查是否存在的岩浆在浅的深度可能会导致任何变化的水下泉水注入湖泊的动力，因为这些是其垂直密度结构的主要驱动力³⁶。

尼拉贡戈浅层堤防的实时跟踪表明，即使在基伍地区这样一个经常受到武装冲突和相关的城乡人口迁移影响的具有挑战性的环境中，利用适当的监测技术跟踪岩浆运动也是可行的^43，44。然而，2021年的危机突出表明，迫切需要为更多的危险做好准备。在开放系统中，岩浆储存在接近地表的地方，这意味着火山爆发可能只会发生非常短暂的前兆活动，因此对它们的监测提出了重大挑战，需要充分解决。

地震活动分析

2021年5月22日，KivuSNet网络的9个宽带遥测地震站¹⁸在尼拉贡戈火山周围65公里半径范围内运行，包括山顶的NYI站(平均海拔约3410米)和东南侧6公里外的KBTI站(平均海拔约2000米)，两者都配备了次声传感器。请注意，KBTI站与KBT GNSS站位于同一位置(图1)。1）.出于安全考虑，大多数台站都部署在靠近人类活动的受保护地点(例如联合国军营)，因此在夜间进行地震事件探测和定位时，网络性能更好。山顶站NYI站位于尼拉贡戈火山口边缘，不受人为的昼夜噪音影响，最适合探测与火山喷发有关的地震活动的开始。

使用震源扫描(网格搜索)方法检测和定位地震事件，与基于手动/自动拾取P波和s波到达的传统迭代反演技术相比，可以实现鲁棒的自动定位解决方案，更好地评估定位误差⁴⁷。这种基于干涉测量的定位程序的主要步骤是:(1)使用局部速度模型计算每个台站对的三维(3D)地震(纵波和横波)差分走时网格⁴⁸(2)计算各台站原始数据的P波和s波特征波形(分别为峰度或包络度);(3)计算各台站对P波和s波特征波形的互相关函数;(4)投影各台站对各三维网格节点对应的差分行程时得到的互相关函数的绝对幅值(即相关系数);(5)将所有三维“相关系数”网格叠加得到最大似然位置(例如12个测点的12个p波峰度波形将得到66个测点对，因此需要叠加66个空间网格得到最终的位置似然)。除了单相P或S站对外，我们还使用P波和S波的交叉对来更好地约束最终的震源解⁴⁹。重要的是要注意，台站对之间的相互关联波形消除了获得地震事件起源时间的需要(和可能性)。因此，我们从相互关联过程后获得的最佳源位置后验确定该起始时间。为此，我们将与获得的震源溶液相对应的合成CWs与“观察到的”CWs(即从原始波形计算得到的CWs)拟合。每个观测到的连续波的最大值与其相关的“计算”到达时间(从合成连续波中获得)之间的时间差可以估计起源时间和最终解决方案的均方根误差值(以秒为单位)。

特别是，深度估计强烈地依赖于所选择的局部速度模型。然而，不同简化层状模型的试验表明，与堤防侵入有关的浅层地震源是一个强大的特征。选择最准确的事件位置的一些重要质量标准是:(1)至少有6个台站可用，(2)至少有7个良好的观测(P波或S波)，(3)方位角差小于180°。如果观测到的最大连续波与从三维行时网格上的最佳源位置后验确定的理论连续波之间的距离小于1秒，则选择好的观测值。另一个条件是，每个事件至少获得四个P相位的良好观测，这确保了更可靠的震源解(例如，与仅使用s波观测的事件相比)。

调查对人口和基础设施的影响

为了量化熔岩流的影响并更好地指导人道主义反应，在火山爆发后立即与北基伍省的民防和国家统计研究所一起设计和组织了一次实地调查。这两个机构的19名代表利用在线调查平台和他们在该领域的知识，评估了熔岩流对主要基础设施和直接受影响人口的影响。调查分为两个不同但互补的阶段:第一阶段(2天;2021年6月1日和2日)，旨在在地方当局的帮助下对每个村庄的影响(基础设施受损和人类影响)进行全球评估;它构成了第二阶段(11天;2021年6月3日至13日)，针对受影响人群收集更详细的信息。与地方当局(即村长)的沟通和协商是方法的核心，并在这次调查的成功中发挥了至关重要的作用。

应该指出的是，死亡的确切人数尚未确定。我们在紧急阶段进行的调查无法区分死者和失踪者(220人)。到目前为止，官方公布的死亡人数仍然是联合国人道主义事务协调厅在其2022年5月26日的第一份情况报告中公布的数字，即31人死亡，其中约三分之一是撤离期间道路事故的受害者。

此外，我们的熔岩流影响调查显示，大约有6000户家庭无家可归，其中区分房主和租房者很重要:分别约有4700户和1200户。自7月以来，北基伍省人道主义行动和民族团结司(DIVAHS)一直负责人道主义反应。由于在接管危机管理工作方面存在困难，住房和家庭调查委员会对无家可归家庭的数量进行了自己的估计，只侧重于房主。与我们的调查结果接近，这项评估确定约有4,200户家庭需要一个新的住所。

GNSS处理

KivuGnet GNSS网络的长期数据处理完全自动进行，每30秒采样一次24小时长的文件。双差观测用于使用Bernese v.5.2软件在努比亚固定参考系中计算精确的每日坐标⁵⁰。完整的数据处理策略在参考文献中描述。²⁵。由于共喷发位移振幅大、时间尺度短，在24小时处理的基础上，对GNSS数据进行了具体的运动学处理。GIPSY-OASIS-II(处理引擎)基于卡尔曼滤波方法，可以在全球参考框架内以高速率输出厘米级精度的单站解决方案(精确点定位)⁵¹。使用GIPSY-OASIS-II软件，每隔30秒采样24小时文件，每隔5分钟输出位置解。为了进行分析，我们使用了超高速卫星轨道和喷气推进实验室(http://sideshow.jpl.nasa.gov/pub/JPL_GPS_Products/Ultra/)、IGS天线校准和FES2004海洋潮汐载荷⁵²。

SAR和InSAR计算

最后一次喷发前干涉图(图2)4)是用在喷发前一天(2021年5月21日15:37 UTC)和喷发前不到一小时(2021年5月22日15:37 UTC)沿下降轨道获得的x波段(3.1 cm波长)的cosmos - skymed (CSK)条纹地图图像计算的。干涉图的垂直基线在−376 m左右，用MasTer计算^53，54。图像在距离和方位角上进行两次多视。同样，为了制图目的，还计算了2021年5月30日至2021年6月7日期间的下降CSK干涉图。

利用MasTer在2021年5月19日、2021年5月25日和2021年5月31日沿上升轨道174和2021年5月21日、2021年6月2日和2021年6月14日沿下降轨道21获取的干涉宽幅c波段图像(波长5.5 cm)计算共喷发S1干涉图。由于变形分布在很大的区域，MasTer工具箱从沿上升轨道获得的图像中拼接了17个跨越两帧的爆发，从沿下降轨道获得的图像中拼接了16个爆发。为了保持最高的空间分辨率，从而使图像处于最佳的高变形梯度，不使用多重注视。

在航天飞机雷达地形任务(SRTM)数字高程模型的基础上去除地形相位贡献。使用SNAPHU对S1干涉图进行解包裹⁵⁵使用递归过程。15次迭代中的每一次都包括展开干涉图，然后应用低通滤波器切割小于阈值的波长。当切割频率提高90%时，将未包裹滤波后的干涉图重新包裹并与原始干涉图相减。在可能的情况下，我们确保了沿LOS和未包裹阶段投影的GNSS数据之间的一致性。

此外，利用干涉合成孔径雷达(InSAR)科学计算环境(ISCE)对跨越火山喷发的上升和下降干涉图进行处理⁵⁶)，使用来自日本宇宙航空研究开发机构(JAXA) l波段卫星ALOS-2(波长23.8厘米)的SAR图像。上升轨道对(轨道179)是使用2020年7月30日至2021年6月3日的两张条带图(SM3)图像计算的。它在距离上被多重观测了4次，在方位角上被多重观测了8次，并在展开前使用ISCE中实现的距离分裂谱方法进行了电离层校正⁵⁷。

我们比较了InSAR和GNSS测量的变形(投影到InSAR LOS中)，以评估电离层修正的准确性。如果干涉图中GNSS站的位置不相干，则根据条纹率手动选择具有相似位移的相干位置。我们发现，电离层相位估计使用范围为64位，方位角为128位，最小滤波窗口大小为51，最大滤波窗口大小为151的多重观测计算，导致上升干涉图和GNSS位移之间的测量结果一致。使用2021年5月14日获取的SM3(磁道77)图像和2021年5月28日获取的ScanSAR(宽幅模式，WD1)图像计算下降对。干涉图采用距离4次、方位角14次处理，电离层校正采用距离8次、方位角56次多重观测，最小滤波窗尺寸为51，最大滤波窗尺寸为151。除了KBT和RSY站的垂直偏移约10厘米外，InSAR和GNSS的测量结果是一致的。采用加权功率谱滤波器和级联高通滤波器，然后采用迭代相干算法展开干涉图。这些算法在NSBAS中以模块的形式实现^58，59。在解包裹迭代的基础上，对解包裹干涉图进行掩码(上升10000次，下降14000次)。在上升和下降干涉图中都观察到与地堑断裂有关的条纹不连续，并且上升干涉图的东部偏移了−2π以考虑解包裹误差，确保远场平均位移为零。有剩余展开错误的区域被手动屏蔽。

制图学

熔岩流和裂缝制图，以协助解释火山喷发和相关影响，在火山喷发后直接在现场开始，并在获得空间和空中图像后立即使用。

利用动态结构摄影测量技术，利用联合国组织刚果民主共和国稳定特派团(MONUSCO)直升机飞行期间拍摄的视频、S1卫星获取的Sentinel-1 vh偏振雷达振幅图像(地面采样距离(GSD)为10 m)、CSK InSAR处理获得的喷发后相干图像(GSD = 4 m)，对尼拉贡戈火山2021年熔岩流进行了制图并进行了改进。Sentinel-2多光谱图像(GSD = 10 m)， Planetscope⁴⁶多光谱图像(GSD = 3.7 m)，最后是2021年6月4日专用直升机飞行期间使用运动结构摄影测量和Agisoft Metashape (v.1.6.5)软件拍摄的高分辨率正射影像(GSD = 6.5 cm)。

火山喷发的裂缝被用Planetscope详细绘制了出来⁴⁶图像和非常高分辨率的正射影产生。利用MasTer计算的S1和CSK共同和喷发后的包裹干涉图绘制了地裂缝^53，54。

从SAR分析得出的陨石坑形状

来自各种星载传感器的SAR图像(扩展数据表)2)提供尼拉贡戈峰顶的亚日常观测，并能够跟踪火山口崩塌的演变。假设陨石坑具有近似圆形且边缘高程恒定的形状，则陨石坑边缘在SAR图像几何上呈椭圆形状。通过绘制椭圆的半轴，并知道图像的像素大小和入射角，可以从每一张图像中计算出陨石坑的面积。选取陨石坑底部的倾斜角位置，与陨石坑边缘的倾斜角位置进行比较，并假设其内部呈圆锥形，角度为30°，从而推断出陨石坑的深度。深度值是参照2002年剩余的P2平台在3190米左右给出的。

灰和灰₂检测

SO的空间测量₂在危机期间，气溶胶几乎是实时处理的。SO的总质量₂来自欧洲航天局(ESA) Sentinel-5前体卫星上的对流层监测仪器(TROPOMI)高光谱传感器^60，61在SACS监控系统内以自动化的方式进行评估⁶²。TROPOMI每天在国际标准时间11:30左右飞越基伍地区。这里我们假设SO的高度₂羽流高度为4千米。检索总SO₂质量在维龙加地区，我们使用相同的像素选择作为参考。¹⁹。

来自地球同步卫星MSG-4上的旋转增强型可见光和红外成像仪(SEVIRI)宽带传感器的数据用于探测时间分辨率为15分钟的火山灰羽流。考虑到SEVIRI的8个热红外通道，以灰指数的形式估计每个SEVIRI像元数据中灰的光谱显著性⁶³。为了获得火山活动的代理，考虑到尼拉贡戈周围15公里半径内的所有像素，计算了每15分钟扫描的火山灰指数之和。

堤坝造型

我们使用弹性边界元方法和DEFVOLC实现的反演来确定堤坝的几何形状和超压⁶⁴从S1和ALOS位移数据。使用SRTM-1数字高程模型对地形进行网格划分⁶⁵以及测深数据⁶⁶。为了提高计算能力，在喷发裂缝附近对网格进行了细化，在远场对网格进行了扩大。在远场中，沿LOS位移方向的InSAR被移动到平均为零位移的基准位置。包括基伍湖在内的低相干或非相干区域被掩盖了。因为与地堑形成相关的变形大多是非弹性的^20.，由于我们使用线性弹性建模，我们也掩盖了戈马和吉塞尼的相应区域。请注意，地堑断层滑动预计也会影响地堑外的位移场。在建模中没有包括这些断层可能是在堤坝附近观察到一些残余的原因。在地形网格节点的位置对数据进行次采样。在成本函数计算中，通过使用全协方差矩阵对数据进行加权，考虑了InSAR数据中的空间相关噪声⁶⁴。

变形源被定义为与表面相连的四边形⁶⁴在喷发裂隙位置有6条“雁列”裂缝。连接裂缝的高度和四边形底线的特征导致了7个反演参数(扩展数据表)1及扩展数据图5）.此外，压力是线性反转的⁶⁷。直接问题采用混合边界元法求解^21，22。非线性逆问题的解决是通过邻域算法的实现来实现的^64，68。根据贝叶斯推理框架计算后验概率密度函数和模型不确定性^64，69(扩展数据图6和扩展数据表1）.

x射线荧光分析

利用法国里昂热大学的ARL perm - x 4200 (Rh x射线管)光谱仪，通过x射线荧光(XRF)测定了整个岩石样品的主要元素组成。样品在比利时鲁汶大学(KU Leuven, Belgium)进行粉碎，首先手工粉碎样品，然后使用粉磨机(powder isette planetary micromill)获得小于1µm的粒度。所得粉末在1000℃下干燥2小时，以去除有机物并测定着火损失。将干燥后的粉末与四硼酸锂按1:11的比例混合，制成用于主元素分析的玻璃片。主要元素校准使用66个国际标准(岩浆岩整体、矿物和土壤样品)。除Na外，其余元素的准确度均优于±2%₂O(±8.1%)和MnO(±4.4%)。同样，重复分析表明1σ除Na外，主要元素的分析精度在5%以内₂O(6.6%)。另外7克未加热的材料用于压制粉末颗粒，在其上测量选定的微量元素(V、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Ba、Ce和Th)。XRF测定的微量元素数据主要用于与电感耦合等离子体质谱法的比较，但Nb和Zr除外，XRF数据是首选。通过重复测量11个国际标准(GSD-10、GSD-9、JF-1、JR-1、nimd、nimg、niml、nimn、nimp、STM-1和SY-2)来评价微量元素的采集质量。除Cr(±19%)、Co(±20%)、Ba(±19%)和Ce(±24%)外，其余元素的准确度均优于±10%。一个1σ所有元素的分析精密度均优于±3%。

电子探针分析

在乌得勒支大学使用JEOL JXA-8530F超级探针进行电子显微探针分析。所有分析的工作条件为15 kV，使用约15 nA和10 nA的标称光束电流。所有元素的峰时计数时间为20 s，分析前后非峰时计数时间为10 s。为了避免分析过程中的碱损失，总是先测Na和K。对Smithsonian Kakanui奥辉石(NMNH 122142)、San Carlos橄榄石(NMNH 111312-44)、钛铁矿(NMNH 96189)和微斜长石(NMNH 143966)进行二次标准化。对于0.1 wt%以上的所有浓度，主要元素浓度的相对误差一般小于5%。具体来说，SiO的误差为0.8%₂，人工智能为1.8%₂O_3.MgO为2.5%，TiO为4%₂， FeO为1.8%，CaO为1.4%，Na为7.6%₂K是3.3%₂在这些浓度下MnO为0和2.2%。

热分析

在2021年爆发危机期间，HOTSAT热监测系统^70，71通过计算MODIS、SEVIRI和VIIRS卫星传感器图像的辐射热通量，提供了热异常的定位和量化。扩展数据图7显示了2021年4月1日至6月30日尼拉贡戈火山上空辐射热通量的变化。所有卫星传感器都是相干的，测量的辐射热通量适中，约为1-1.5 GW，这是在该熔岩湖上通常测量的典型值⁷²。唯一的例外是，SEVIRI和VIIRS在2021年5月15日都注册了更高的数值(高达2.57 GW)。值得注意的是，在火山爆发危机期间，大部分热活动全部或部分被密集的火山柱覆盖，因此它被低估了。5月26日以后，几乎没有观测到热异常。