天池火山近代岩浆混合作用及其对未来喷发灾害的启示

通过研究天池火山新期喷发物在喷发前发生的岩浆混合作用过程，可以更加清晰地认识控制火山喷发序列中岩浆演化与喷发类型的变化的制约因素，这也是我们深入了解天池火山喷发机理并指导火山减灾实践所必须回答的课题。本项目研究目标是准确了解天池火山新期岩浆混合的作用过程与喷发机理，研究内容包括：野外对天池火山新期喷发单元接触关系与岩浆混合证据的调查及剖面上CSD与含量测量；室内详细的岩相学测量；选择代表性岩石与单矿物样品开展系统的年轻火山岩K-Ar法与U系同位素测试及常量、微量元素含量测试；并且利用国内已有火山喷发模拟实验室开展岩浆混合的实验模拟研究。研究成果可以为回答诸如"下一次喷发可能是什么岩浆成分？"及"这些混合的岩浆都会有什么样的灾害效应？"等公众关心的问题提供科学依据。

天池火山系统具有长时间、多成分的岩浆演化历史，其中岩浆混合作用对于岩浆演化历史起着非常重要的作用，为了深化天池火山深部详细的岩浆混合过程的认识，开展了本项目中天池火山岩浆混合作用具体过程的研究，岩浆混合对火山喷发的触导机制研究也将为未来天池火山喷发时可能的岩浆成分与喷发作用灾害过程的判断提供依据。.取得的研究成果已以多篇SCI、EI杂志论文、专著及会议论文报告形式发表。研究成果表明：天池火山地下岩浆房系统内存在着极为复杂的岩浆演化过程，无论是矿物的分离结晶、二次熔蚀，还是不同成分与温度的岩浆之间的相互混合，都是十分普遍的。而这地下岩浆系统多岩浆批次之间的混合作用，其根本原因起源于长白山天池火山之下的数百千米深的岩浆柱。这个岩浆柱由不同深度上不同物化性能的岩浆房及其冷却的侵入体组成，其更深部位不同部分熔融程度的岩浆持续性向上补给这个岩浆柱。岩浆补给率较高时，新岩浆更容易喷发至地表。通常条件下，地下某深度上的岩浆房内已有岩浆被深部新加入的岩浆加热、混合，更容易地促使原有岩浆活化，乃至喷出地表。由此机理造就了盖马高原玄武岩具有更为复杂的岩浆成分，无论是亚碱性系列还是碱性系列，亦或是代表酸性程度的硅质含量，都有着系统性演化特征，这与前人认识的单一的双峰式火山作用有着明显的不同。.通过长白山天池火山喷发活动历史的研究，本项目研究成果认为天池火山2002-2005年间火山不稳定事件是深部岩浆的补给或挥发份的出溶并跟随有两个岩浆流体进入上覆含水层而没有导致射汽喷发的事件。该火山不稳定事件包括地震活动、大地形变以及He、H等温泉气体在内的天池火山异常。研究认为的现今岩浆聚集速率太低，本身不能引起2002-2005年间的不稳定事件。.本项目研究过程中通过对天池火山北侧18 km远处四里洞的几何参数及内部千年大喷发堆积物测量，识别出了原生火山碎屑流冲入已有熔岩隧道后的一系列流动、堆积与后期变化等动力学过程特征。很好地再现了天池火山千年大喷发时火山碎屑流崩腾咆哮的致灾过程。