研究火山动力学最有效的方法之一是联合分析地球物理和地球化学数据。检测背景振荡的异常变化有助于识别火山活动状态的显著变化。及时检测这种变化对于人口稠密的火山地区尤其重要，其中维苏威火山是世界上最有潜在危险的地区之一。

索马-维苏威火山复合体（高度 1281 米，宽 10 公里）是一座成层火山，位于坎帕尼亚平原，位于两个区域构造断层系统（西北-东南和东北-西南）的交汇处，喷发裂缝呈东西向和N-S。火山大厦下方有一个广泛的重力异常，这是由下面（2 公里深）碳酸盐基底的沉降引起的。火山活动的特点是爆发期和喷发期交替出现，中间有静止期。最后一次活动起始于公元 1631 年普林尼亚火山喷发，结束于 1944 年，当时从格兰科诺火山口喷出的熔岩沿着分隔维苏威火山和索马火山的山谷（Valle dell'Inferno）向北流动，并流到了火山口。

圣塞巴斯蒂亚诺市。在此喷发期间，发生了许多不同能量的喷发，其中包括1906年的一次喷发（VEI = 4），被称为“大喷发”，那是二十世纪最猛烈的一次。在这次喷发过程中，格兰科诺东南侧的裂缝打开，形成了一个不稳定区域，并在不同海拔（1200、800 和 600 米）处形成了侧向喷口。火山向 ENE 方向喷射弹道产物超过 4 公里，并在 SE 方向排放大量火山灰。

自 1998 年起通过离散调查监测地下水和喷气孔区域的温度，自 2005 年起通过连续监测站（每小时采集）监测。这些研究的综合结果所描绘的总体框架是，维苏威火山的热液系统一直在经历一个活动减少的阶段，该阶段被 1998 年至 2010 年深层流体释放增加的事件所中断。深层流体释放的主要事件发生在 1999 年，影响了火山的热液循环系统 ，而后来的一次事件仅通过 Gran Cono 1顶峰喷气孔场的变化来证明。 在这两种情况下，脱气事件显然是由伴随着地震过程的渗透率变化驱动的，这些地震过程被解释为主要是构造作用。

维苏威火山最近的活动状态从未被严重到足以被归类为动乱的事件打断，即使是在非常早期的阶段，这使得很难定义可实施的民防程序所依据的情景（即不同警报条件之间的过渡） ）。对于像维苏威火山这样的火山的监测来说，这是一个非常严重的问题，因为它被那不勒斯广大的城市群所笼罩，数千年来，这里一直是世界上人口最稠密的地区之一。

为了更好地定义维苏威火山火山活动的时空演化模式，我们介绍并讨论了与地下水和喷气田中岩浆/热液循环相关的地震活动、地面倾斜和地球化学数据。在地球化学参数中，我们重点关注地下水的温度和碳酸氢盐含量以及喷气孔温度，因为这些是维苏威火山释放的两种主要气态岩浆物种（水和二氧化碳）通量变化的良好指标。

我们使用BKE台站编制的地震目录计算了每月的VT地震次数和能量 ，BKE台站是地震台网中信噪比最好的历史悠久的台站。地震能量是通过使用 Gutenberg-Richter 关系来估计的：

其中E是以焦耳为单位的能量，Md 是持续时间的大小。下图显示了 VT 事件数量和能量的时间分布，以及 VT 震源深度的时间分布。

2012-2014年，地震活动频率较低，能量释放也较低；截至2014年底，震源深度主要集中在上部2公里处。2015年1月，每月地震次数略有增加；5 月 5 日，发生了 Md = 2.5 的浅源（< 1 km bsl）地震。此外，出现了更深的震源位置，在 2-3 公里 bsl 范围内；这种情况一直持续到 2019 年。

2018年特别是下半年，地震发生频率和能量普遍增加。10 月 16 日，检测到 13 次小群浅源地震（< 1 km bsl），震级为 -0.7 ≤ Md ≤ 2.5。11 月 29 日，由约 120 个 VT 组成的地震序列开始。这一序列在 12 月 2 日达到顶峰，在震源深度约 1.5 公里 bsl 处发生了两次 Md = 2.5 级地震。该序列的地震事件位于火山口区域下方 0.7 至 2.6 公里 bsl 之间的深度；在前两天，震源显示出轻微的向下迁移。对它们的震源机制的分析表明了主要的剪切分量。此外，11月28日发生6次低频地震，12月1日发生2次低频地震；这些事件被 Petrosino 和 Cusano 归类为长周期 (LP) 。值得注意的是，11 月/12 月 LP 的能量含量比过去 24 年记录的同类事件高出大约一个数量级。

2019年，地震活动仍处于中等偏高水平。3月，地震频率达到2012年以来的最高水平（超过240次地震）。3月25日，由146次地震组成的震群，震级范围为-1.6≤Md≤1.6，在浅深度（<1公里bsl）与火山口区域相交）。2019年的能量释放高峰出现在5月，与5月18日记录的Md = 2.5级深震有关。这次地震位于索马山附近火山口以东，震源深度为 4.4 公里 bsl，是 2012 年以来最深的 VT。

为了进一步研究这种异常，我们估计了 2019 年的每月质心和累积概率密度函数 (PDF)。如图所示，深层星团的震源质心根据发生月份进行标记 。偏离从一月份开始，质心远离火山口轴线（约3公里），朝向东南方向。异常现象在三月份持续存在，质心稍微靠近陨石坑轴。5月，质心回到云层深处。计算出的每个月的 PDF 分布表明 VT 位置的移动是显著的。2019 年最后 6 个月显示质心向上迁移。我们对 2018 年进行了相同的分析，但没有发现异常模式。

在图 4中，我们还绘制了 Petrosino 和 Cusano 24获得的 2018 年底属于 LP 序列的两次可定位地震的位置。通过应用极化分析并结合本工作中采用的相同定位程序，这些作者发现两个LP（11月28日和12月1日）位于火山的东南部。

倾斜时间序列提供任何测量点（倾斜计站位置）处与大地水准面相切的平面的方向。旋转与该地点记录的微运动有关。如果这些方向在足够长的时间内保持不变，并且可以排除仪器或场地问题，则可以将它们视为明确的倾斜方向。

自 2012 年以来，优先倾斜方向反映了影响维苏威火山 Gran Cono 及其底部的沉降模式，与 DInSAR 和 GPS 数据推断的大致一致。然而，这些主要方向会周期性地被逐渐或突然的变化所打断。

2017 年，两个低仰角倾斜仪（CMG 和 TRC）的方向在有限的时间内发生了变化。至少三个不同的异常事件影响了这些站，改变了倾斜方向，在一种情况下还改变了信号的频谱内容。前两个事件是在 CMG 观察到的：(1) 倾斜方向缓慢逆时针旋转，从 NNE 到 NW，发生在 2 月 19 日至 3 月上半月期间；(2) 两个分量中出现非超频振荡发生于 5 月 23 日至 7 月 11 日，并在 8 月份间歇性地重新出现。振荡周期在0.5-2小时范围内变化，但最大光谱幅度落在1.2-1.4小时范围内，并且发生在白天。

通过检查过去几年同期的记录，排除了由于自然和/或人为原因而导致的季节性现象可能影响时间序列的假设。第三次事件发生在7月底，但在8月11日之后变得更加突出。该事件影响了 TRC 站点，主要倾斜方向从 NNE 逐渐变为 E。这种奇异趋势持续到 10 月上半月，但在 10 月 16 日之后，即最强（Md = 2.8）地震事件的第二天2017年，东漂移结束，倾斜方向逆时针旋转，8月11日以来积累的变形逐渐恢复部分。几天后，TRC 场地以西约 140 m 的地区发生了一场小规模山体滑坡，导致倾斜计的东西向部分偏离了刻度。重新标定传感器后，地面倾角逐渐恢复到NE方向。

与往年相比，2019 年倾斜模式的特点是更加复杂。这种行为在不同时间影响所有电台，但有时也会同时影响。记录了至少五次倾斜异常：1月30日（IMB的东西向部分）、3月29日（CMT和TRC的东西向部分）、4月30日（CMT和TRC）、6月21日（CMG）和7月15日（CMG 的 EW 分量。第一个异常是 IMB 处的倾斜旋转。第二次相关倾斜变化是在 3 月 29 日开始的 CMT 上观察到的，包括 4 月 30 日结束的逆时针倾斜反转，以及每小时尺度上的进一步反转。

当天，在 TRC 观察到了类似但对称的事件（第三次异常）；这两种现象均于 6 月 15 日结束。最后，6月21日，CMG台显示其倾斜方向发生决定性的逆时针旋转（第四次异常），并于7月15日进一步顺时针旋转逐渐恢复。自 6 月以来在 CMG 观测到的异常大的倾斜率，表示除了格兰科诺及其底部的沉降模式之外，还受到其他一些过程影响的运动学。

维苏威火山地震台网目前由 19 个永久独立台站和 6 个临时独立台站组成。永久数据记录器是三分量数字宽带或模拟短周期设备。获取的数据被实时遥测到 INGV 那不勒斯维苏维亚诺观测站的监控中心。临时站是三组件数字宽带数据记录仪，可在本地存储数据。

一般以永久短周期BKE站作为参考，因为它代表了整个网络的最佳信噪比。它位于维苏威火山东侧，靠近火山口，是最早安装在火山上的现代化监测仪器之一。

地震数据集由2012-2019年时间范围内记录的VT地震信号组成，地震目录包含BKE台站持续时间震级值和 VT 的常规一维位置。

维苏威火山的地面倾斜监测始于 1993 年，直到 2011 年，通过模拟表面倾斜仪记录了倾斜变化，第一个倾斜仪安装在维苏威火山观测站地堡中。后来，1996 年，在 Torre del Greco (CMD) 和 Trecase (TRC) 附近设立了另外两个相同的监测站。

最后，在 2011 年底，通过钻探 4 口超过 20 m 深的井，维苏威倾斜网络得以扩展。2011 年 11 月，第一台钻孔仪器 (TRC) 取代了之前的安装；其他三个钻孔倾斜仪于 2015 年 1 月（IMB）和 2016 年 9 月（CMG 和 CMT）投入运行。目前的网络由 INGV-OV 管理，由两种不同类型的七台仪器组成：安装在浅井中的三台表面短底座长度平台 AGI 702 倾斜计和四台钻孔数字 Lily 倾斜计。后者呈圆柱形，由不锈钢制成；底部放置有气泡电解质、温度传感器和磁罗盘（用于检测磁偏角的变化）。该传感装置是一个自调平传感器，范围为±10度，动态范围为±330μ弧度，分辨率小于5n弧度。

地下水碳酸氢盐含量和温度以及山顶喷气田温度的数据是代表 INGV 为意大利国家民防部门开发的维苏威火山火山监测计划收集的。使用 Gemini Tinytag Aquatic 2 记录仪每小时测量一口废弃钻井内的地下水温度，分辨率为 0.03 °C，因此不受水提取的影响。INGV-Sezione di Palermo 实验室使用自动滴定仪测定现场收集的样品中的碳酸氢盐含量，样品储存在密封的 100 cc 塑料瓶中，并保持冷藏直至分析，分析在收集后几天内进行。抽样活动每六个月进行一次，但我们仅提供与对所有站点进行抽样的会话相关的数据，以避免由于缺失数据而导致的伪变化。

位于格兰科诺东南侧的岩石体积因 1906 年喷发而减弱，可能代表了热液循环的优先路径，而地下和地表结构不连续性都促进了热液循环。这种外围优先热液循环路径的存在可以解释观察到的火山活动表现质心向东南迁移。这些考虑因素导致了对未来喷发中心可能位置的重要推论。1906 年的喷发源自位于相对于格兰科诺火山口轴线偏心位置的喷口。

通过对地球物理和地球化学信号间歇性变化的联合调查，自现代监测维苏威火山技术出现以来，我们首次能够追踪到火山活动状态的显著变化。这种跨学科研究是火山监测的有用工具，开辟了有希望的新视角。