长白山天池火山含碳气体排放特征

查明火山气体释放的规模及空间分布特征,对火山监测与喷发预测、评估地质源温室气体释放及气候环境变化等具有重要意义。本文采用密闭气室法观测土壤气浓度,计算了长白山天池火山区CO_(2)和CH_(4)气体释放通量,结合高光谱气体CO和CO_(2)分析了火山区不同区域气体释放特征及影响因素。结果表明:(1)长白山天池火山区土壤CO_(2)通量范围为0.16~1051.39 g·m^(-2)·d^(-1);CH_4通量值范围为-0.05~4.68 g·m^(-2)·d^(-1)。长白山天池火山区气体释放在空间上呈环带状分布特征,火山口周缘气体释放较弱,在聚龙温泉群、锦江温泉群和锥体海拔1800~2200 m范围内气体释放最为强烈。(2)长白山天池火山含碳气体释放在地表和高光谱卫星观测的时间和空间上都有一定的相关性,火山口上方气体释放最弱。(3)长白山天池火山含碳气体排放的空间差异可能受到火山口特殊条件、断裂构造、温泉地热储和岩浆作用的控制。

基于SKS分裂研究长白山区上地幔各向异性特征

长白山火山区是中国最大的新生代火山区,位于东北走向的敦化—密山断裂、鸭绿江断裂、图们江断裂和西北走向的白山—金策断裂系统的交汇处,其内部变形特征复杂多变。地震各向异性是了解壳幔变形的有效方法之一,聚焦该火山区研究上地幔各向异性特征及变形演化,将有助于理解长白山区深部地幔动力学过程,为地震与火山灾害预警提供理论支持(刘嘉麒等,2022)。

长白山天池火山天文峰期黄色浮岩成因研究

长白山天池火口北侧天文峰之上,一套醒目的黄色浮岩引起广泛的关注,其颜色成因问题更是讨论的热点。本文通过野外地质调查、显微形貌和地球化学分析等方法,探索了黄色浮岩的颜色成因问题,并对此次喷发活动(天文峰期喷发)有了更进一步的认识。黄色浮岩与其下部灰白色浮岩应为同一期喷发所形成,两者成分一致且特征相似。黄色浮岩初始颜色为灰白色,后期受所处环境(降水丰富)与本身气孔特征的影响,浮岩内发生了元素析出和元素沉淀的过程。首先,浮岩内Si与H2O结合形成弱硅酸(H2SiO3),而大气中CO2与H2O结合形成弱碳酸(H2CO3),在弱酸环境下火山玻璃逐渐析出Si、K、Al、Ca和Fe等阳离子,而析出的元素易溶于水的部分被流水带走,难溶于水的Fe与Al富集并粘附在火山玻璃壁上,同时由于Fe可与H2O络合形成黄色的Fe的水合物(Fe2O3·nH2O),而Al与H2O络合形成凝胶状白色水合物(Al2O3·nH2O),两者混合形成了黄色胶状物粘附在火山玻璃壁上,改变了浮岩原本的灰白色,形成了黄色浮岩。因此,天文峰期浮岩的黄色是由于后期风化淋滤作用所造成,属于次生色。本研究提高了对火山喷发堆积物风化淋滤作用过程的认识,也为其他地区相似颜色变化问题的讨论提供了借鉴。

长白山天池火山晚更新世以来岩浆房系统的压力探讨

长白山天池火山是一座大型的复合式活火山,由于其曾剧烈的喷发活动(946~947AD)和2002-2006年的扰动事件而备受瞩目。自晚更新世以来,天池火山有过多次剧烈的爆炸式喷发活动,其岩浆主要为高分异的碱流质与粗面质岩浆,SiO_(2)>65%。地球物理探测表明天池火山地下在浅部地壳存在岩浆房,但却未能对历史喷发活动的岩浆系统进行约束。本文利用晚更新世以来喷发物的电子探针数据,运用Qz-Ab-Or系统投图、单斜辉石机器学习压力计以及rhyolite-MELTS压力计对各期喷发的岩浆驻存压力条件进行计算,认为天文峰期(TWF)碱流岩压力约246~444MPa、气象站期(QXZ)碱流岩压力约184~344MPa、千年大喷发(ME-I)碱流岩压力约162~314MPa,千年大喷发(ME-II)粗面岩压力约438~540MPa。通过压力与深度换算后发现上述喷发岩浆贮存位置均对应中上地壳深度的岩浆房,并且三期碱流岩压力随喷发时间逐渐降低,暗示天池碱流质岩浆房在万年尺度内逐渐向浅部地壳演化的趋势;而粗面质岩浆可能来自另一个更深的岩浆房。该发现将有助于提高对天池火山岩浆房系统演化的认识,并为火山监测数据解释和灾害预警等工作提供依据。

长白山天池火山2002~2005年火山扰动机制研究

地震、形变、火山气体地球化学等观测结果表明2002~2005年长白山天池火山经历了1次扰动事件。长白山站地震台(CBS台)记录到了扰动事件前后连续稳定的宽频带地震观测资料。前人的观测研究结果认为长白山天池火山扰动期间的火山地震类型主要为构造型火山地震,伴随少量的谐频型地震。本文通过匹配滤波技术,对1999~2007年扰动事件前后CBS台单台三分量地震观测数据进行模板扫描,获得3763个清晰的火山地震事件,其中谐频(HS)事件125个,构造(VT)事件3618个,并发现长周期(LP)事件20个。进而将火山扰动期间火山地震事件分为3种类型:构造型事件、长周期事件和谐频型事件,并提出2002~2005年长白山天池火山扰动机制模型:深源地震-火山能量传递模型,即汪清深源地震能量释放和传递,引发长白山火山区岩石圈应力状态波动。地幔岩浆房受应力干扰后,岩浆通道打开,少量岩浆侵入地壳岩浆房。岩浆混合脱气导致地壳岩浆房升压,引起顶部岩石微破裂,产生构造型火山地震,气体和流体填充这些裂隙,从而产生LP和HS型火山地震事件。

基于时序SAR数据的长白山天池火山活动研究

本文面向长白山天池火山活动分析需求,对现有的时序合成孔径雷达干涉测量(Interferometry Synthetic Aperture Radar,InSAR)形变监测方法及火山点源模型进行了改进,提出了一套适合长白山的火山监测方案.首先,针对植被覆盖度高、形变监测受植被失相干影响大的问题,提出了基于归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)约束的时序InSAR形变监测方法,并利用2004—2010年间的33幅Envisat ASAR影像,提取了长白山天池火山口及周边区域的精确地表形变参数.其次,系统分析了火山地表形变场与雷达视线向(Line of Sight,LOS)之间的立体几何关系,建立了具有普适性的由火山水平形变和垂直形变到LOS向的投影转换关系式,基于LOS向形变的点源模型,反演了长白山天池火山扰动期结束前后的各时段的岩浆房参数.最后,基于改进后的点源模型反演结果,正演了天池火山地表形变场,并将正演结果与地震监测、流体地球化学监测资料进行对比分析,精确评估了长白山天池火山扰动期结束前后岩浆房的变化情况,探讨了长白山天池火山活动由强转弱的过程.本文的研究结果表明,2004—2010年间天池火山岩浆房先经历了短暂的膨胀,以2004年9月8日的ML3.7地震为转折点,地震后开始进入逐步收缩状态,直至2008年趋于稳定.

全球主要活动火山概况及对长白山火山监测的启示

火山喷发是地球内部能量释放的过程,在地球长达46亿年的生命历程中,火山活动几乎没有停止过。火山喷发会给自然界和人类社会带来灾难,威胁着人类赖以生存的环境。2022年1月15日汤加火山喷发,这是自1991年菲律宾皮纳图博火山喷发以来全球规模最大的一次,所产生的火山灰、海啸等灾害引发全球关注。全球有1500多座全新世以来有过喷发的活火山,主要分布在环太平洋火山带、地中海-喜马拉雅山火山带、大洋中脊-红海-东非裂谷带。

基于MELTS模型的长白山天池火山岩浆演化过程的新认识

长白山天池火山是一座大型的复合式活火山,公元946—947年发生的大喷发和2002—2005年的岩浆扰动事件,使其受到社会和学者的高度关注。然而,目前对天池火山的岩浆演化过程,尤其是玄武岩—粗安岩—粗面岩—碱流岩的演化过程还未能获得良好的认识,存在诸多争议。文中通过大量野外工作,获得了天池火山各阶段的岩石样品,对其进行了全岩地球化学测试与分析。结果显示,不同喷发阶段的火山岩主量元素随着岩浆硅含量的上升有着连续渐变的趋势,稀土及微量元素的分布也具有一致性,反映了一个连续的演化过程。同时,文中基于MELTS模型对天池火山的岩浆演化进行了模拟,模拟结果与天池火山的演化过程具有良好的吻合性,并发现粗面岩向碱流岩的演化过程中除经历分离结晶作用外,还遭到了浅部地壳花岗岩的同化混染。这些对天池火山岩浆演化过程的新认识,加深了对天池火山发展演化过程的理解,也为未来火山喷发的灾害预警和监测数据解释提供了理论支撑。

从地理环境和设备仪器分析建设长白山GNSS监测站的方案

为了完善长白山天池火山监测网,计划在火山区周边增设GNSS监测站,首先需要做好监测站数据分析,本文介绍运用Mogi模型的阻尼最小二乘方法对形变测量数据进行反演可以有效地反映岩浆的活动结果,但是准确程度会受监测站的环境影响,运用TEQC软件质量检核功能分析比对各监测站数据,通过分析得出各种环境影响程度,最后得出建设新GNSS监测站的方案及要求。

几种特殊火山碎屑岩的形成机制及研究意义

火山碎屑岩是火山物理学研究的最直接对象,也是鉴别碎屑化过程最重要的研究对象。一些特殊类型的火山碎屑岩及相关岩石往往可以反映出某些特征的火山岩浆作用过程,这正是甄别不同类型火山灾害发生概率的基本依据。火山灾害是与火山和火山喷发有关的灾害,它是人类在自然界面临的最重要的灾害类型之一。火山灾害与火山喷发类型直接相关,其中的爆破性火山喷发则可以形成最为致命的强烈火山灾害。爆破性火山喷发的直接产物是形成各式各样的火山碎屑岩,它们代表了喷发过程所带来的不同类型与强度的火山灾害。原生火山碎屑与次生碎屑反映了火山喷发期与喷发间歇期火山表面过程的差异,而岩浆喷发、射汽岩浆喷发和射汽喷发堆积物的鉴定则标志了现代火山学研究的系统性深化,它们是从事火山灾害研究的先导性工作。细粒空降火山灰在水盆地里保存的火山灰纹层因其良好的等时面与环境指示意义而受到人们的重视,与其伴生的岩石则可能需要区分层凝灰岩、沉凝灰岩、凝灰质泥岩等各种不同火山沉积作用类型。熔岩流动碎屑化产生的自碎角砾岩和熔岩流水下淬火形成的碎玻熔岩代表了与熔岩流直接相关的碎屑化,而不是与爆破性火山作用相关的碎屑化。通常把它们划归为原生火山作用碎屑,但其灾害意义却完全不同。不同类型的火山碎屑岩形成于不同的碎屑化机理与成岩方式,其中一些特定的火山碎屑岩更是代表了极为特殊的火山灾害类型与规模。对于隐爆角砾岩,尽管它是一种火山碎屑岩的岩石名称,但其实我们更关心它的资源经济学意义。

三维大地电磁方法揭示的吉林龙岗板内单成因火山深部岩浆系统

板内火山作用是指在远离板块构造边界的大陆内部发生的火山活动,位于中国东北的龙岗火山是研究板内火山活动的天然实验区. 我们分别于2020年和2022年在吉林龙岗火山区及其周围区域连续开展大地电磁测量工作,获得了覆盖龙岗火山区的141个宽频带测点数据,通过三维反演获得了该区域地壳上地幔尺度精细的三维电性结构模型. 该模型揭示出龙岗火山区及其周边地区上地壳基本上为高阻体,代表着火山区岩浆早期活动时大面积喷发冷凝所产生的火山岩. 龙岗火山区下方存在着多条岩浆通道穿过莫霍面在上地幔尺度合并且向下继续延伸. 这些岩浆通道自下而上可能主导了近期火山喷发和地壳隆升以及小震活动. 该模型清晰的显示了一个大陆板内火山系统从地幔源到地表跨岩石圈的形成机制,结合岩石学和地球化学资料,推测龙岗火山区的岩浆系统可能直接从软流圈地幔快速上升至地壳内部减压熔融导致喷发作用. 这些结果不但可以为龙岗火山区喷发风险的预测提供深层地球物理依据,也能为理解板内火山形成机制提供启发.

琼北火山监测与活动性研究进展

海南琼北地区是中国第四纪以来火山活动频繁的地区之一,其中马鞍岭-雷虎岭火山群的喷发活动持续至全新世,且距海口市仅15km,属于典型的城市火山。为掌握琼北火山的活动性,预防突发的火山灾害,海南省地震局于2007年组建形成火山监测台网,至今运行良好并积累了大量观测数据。文中收集整理琼北火山区过去23a(含建台前区域地震台网数据)以来的测震、形变、流体与地磁观测数据,并采用多种方法对数据进行分析研究,发现火山活动与地质构造之间存在紧密联系,并根据琼北火山的喷发特征和活动背景,提出了未来火山监测台网的发展方向。文中对琼北火山进行了系统性的总结与回顾,为琼北火山区的规划建设和灾害预测提供了科学依据,并为后续火山监测的发展提供了技术支撑。

尼加拉瓜三座火山的火山岩岩石学、地球化学和斜长石晶体大小分布特征研究

中美洲火山弧是洋-陆俯冲带火山作用的典型代表,由科科斯板块向东俯冲到加勒比板块之下而形成。本次对尼加拉瓜境内中美洲火山弧康塞普西(Concepción)火山、马德拉斯(Maderas)火山和马萨亚(Masaya)火山采集的样品进行了岩石学和地球化学研究,分析熔岩内部的显微结构,统计熔岩内斜长石斑晶大小分布(CSD)特征,利用温压计估算岩浆房的温压条件,讨论三座火山岩浆演化过程及岩浆活动特征。结果显示三座火山岩样品显示典型的岛弧火山岩特征,岩浆来自受到科科斯板块流体交代的MORB型亏损地幔的部分熔融。康塞普西和马德拉斯火山岩全岩成分相似,范围很大,从玄武质演化到了粗安质,它们的稀土和微量元素标准化曲线相似。两火山熔岩的岩相学特征相近,在基性岩和中性岩中均含有自形的钙长石质斜长石。推测钙长石来自捕获的堆晶辉长岩,钙长石的混入导致统计的斜长石斑晶CSD曲线呈上凹形。计算它们的岩浆平衡温度和压力与岩浆SiO2含量呈负相关,岩浆平衡温度1039~1138℃,平衡压力1.8~9.7kbar,对应岩浆深度6.6~35.4km。马萨亚火山岩样品均为玄武岩,其全岩和斑晶内的FeO含量明显比康塞普西和马德拉斯火山中的FeO含量高,未见钙长石质斜长石,其轻稀土元素含量低,Nb和Ta强烈负异常,87Sr/86Sr比值略高与其他两座火山,岩浆部分熔融程度更高。

火山碎屑岩的百年研究

火山碎屑岩是爆破性火山喷发行为的直接产物,不同的碎屑成分、粒度及结构反映了不同岩相的堆积动力学过程,对火山碎屑岩岩石学和岩相组合的研究发展成了以物理火山学为代表的现代火山学研究体系。作为火山爆发碎屑物质的集合,其中不同成因类型的火山碎屑物往往可以直接对应不同阶段火山作用动力学参数特征。火山碎屑物3个最基本的堆积物成因类型是火山碎屑降落物、火山碎屑流和火山碎屑涌浪。火山喷发时碎屑化过程主要涉及挥发分的出溶和岩浆碎屑化过程以及不同火山流体内部的碎屑化过程。对于岩浆喷发、射汽岩浆喷发以及射汽喷发的直接产物,火山碎屑岩在组成上都包含了岩浆破碎的同源碎屑、火山通道裹进的异源碎屑以及火山流体在地表流动时捕获的表生碎屑。火山碎屑定义为爆破性火山喷发的直接行为产物,而包括坡移、滑坡体、火山泥石流等火山降解过程的表生碎屑与熔岩流在自生、淬碎碎屑化过程产生的碎屑则被定义为火山质碎屑。火山岩岩相的建立,为20世纪80年代后期向火山学研究阶段的转变奠定了基础。在地质研究的基础上探索火山活动过程和控制机制的经验模型、实验模拟和数值模拟研究,其中流体动力学的介入对理解火山喷发的基本过程具有里程碑式的推动意义。由此形成的火山学是研究火山与火山喷发的形成机理、喷发过程和产物特性的科学。

基于深度学习的火山灾害场景高分遥感检测方法

针对现有火山灾害场景高分遥感图像智能检测中地表目标类型多样、样本类标缺失问题,提出一种基于深度学习的火山灾害场景高分遥感检测方法.该方法首先以多示例学习网络(Multi-Instance Learning,MIL)为框架,利用联合金字塔上采样(Joint Pyramid Upsampling,JPU)代替扩张卷积,然后通过原型学习和注意力机制(Attention Mechanism,AM)实现对火山灾害场景特征表示的深度神经网络模型重构,并在xBD数据集上进行测试.实验结果表明,与基准卷积神经网络(Convolutional Neural Network,CNN)、MIL方法和“CNN+”深度学习方法相比,在计算耗时未显著增加的情况下,本文方法能够取得最小的标准差和最高的准确性与检测精度,目视效果好.此外,我们进一步利用本文方法对2022年1月14—15日Hunga Tonga-Hunga Ha’apai(HTHH)火山灾害场景多源、多时序高分遥感图像进行检测,与已有成果表现出较好的一致性.

无人机摄影测量技术在单成因火山喷发研究中的应用:以内蒙古达里诺尔鸽子山火山为例

本文利用无人机摄影测量技术,获取内蒙古达里诺尔火山群中鸽子山火山的高分辨率数字高程模型(DEM)数据,在此基础上提取火山形态参数并进行解译,结合野外实地勘察数据反演火山喷发过程。鸽子山DEM模型的形态参数证明,斯通博利式喷发成因的椭圆形火山锥先于斯通博利-强斯通博利式喷发成因的东侧火山渣丘形成;同一火口的多次爆破式喷发造成的喷发柱倾斜可能是形成鸽子山不对称锥体的主要原因。研究表明,鸽子山先后发生斯通博利式喷发、斯通博利-强斯通博利式喷发和夏威夷式熔岩喷泉喷发,形成火山渣锥与溅落锥。随后发生溢流式喷发,早期溢流式喷发的岩浆质量通量较小,熔岩流从西侧溢出口流出,而晚期喷发的岩浆质量通量较大,熔岩流从北东侧溢出口流出。

印度尼西亚2023年马拉皮火山喷发及灾害启示

引言印度尼西亚有129座活火山,约占全世界活火山的13%,主要分布在苏门答腊岛、爪哇岛、巴厘岛、努沙登加拉岛、马鲁古岛和苏拉威西岛。2023年12月,位于印尼苏门答腊岛的马拉皮火山发生猛烈喷发,这是该火山在2018年4月至5月的喷发后,时隔5年再次喷发,火山爆炸产生喷发柱一度高达3 km,火山喷发共造成24人死亡,12人受伤。

火山监测与研究的前沿阵地——火山监测站

根据火山的喷发时间和活动状态,火山通常分为活火山、休眠火山和死火山。活火山是指人类历史时期(1万年内)有过喷发活动的火山;休眠火山是指人类历史时期曾经喷发过,但长期以来处于相对平静状态的火山,又称处于休眠期的活火山;死火山指人类历史时期从来没有活动过的火山。虽然各国对活火山的定义略有不同,但均指正在喷发或具有潜在喷发危险的火山。我国将活火山定义为1万年以来至少有过一次喷发的火山。据统计,全球约有1500余座活火山(Pan et al.,2021)。多数有人类活动的活火山都开展了火山监测工作,火山监测站就是负责对活火山开展监测研究的前沿阵地。

2024年1-3月全球火山活动简报

0全球火山活动概况2024年1-3月全球共有57座火山出现活动,其中,警戒级别Ⅰ级的火山7座,警戒级别Ⅱ级的火山18座,警戒级别Ⅲ级的火山29座,警戒级别Ⅳ级的火山3座(表1)。从空间分布上看,绝大多数活动火山位于环太平洋火山带上,少数分布在印度洋板块与欧亚板块碰撞带上,个别活动火山处于其他板块交界地带、板块内部、洋中脊边缘(图1)。

汤加火山2022年喷发回顾——对国内火山监测研究的启示

2022年1月15日汤加一座海底火山发生了猛烈的爆炸式喷发,喷出大量火山灰、气体与水蒸气,并进入平流层,形成巨大火山灰云团,引起国内外广泛关注.本文对汤加火山的地质构造背景、喷发历史、喷发过程、灾害影响、喷发机理等方面进行综合分析,详述此次汤加火山喷发的过程及灾害影响,由此引申到当前国内活火山的活动状态.长白山天池火山作为规模最大、最具潜在灾害性喷发危险的活火山,其火山监测预警研究工作应进一步加强.借鉴此次汤加火山灾害应对经验,科学研判火山动态、完善国内火山灾害风险监测预警系统尤为重要.