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J. Volcanol. Geoth. Res.:长白山天池火山千年大喷发的重新认识

2017-08-31

长白山天池火山是我国最具潜在喷发危险的一座大型复合式活火山,特别是2002-2006年的小震震群和火山颤动事件后,引起了东北亚乃至世界的关注。千年大喷发是天池火山发生在946 CE的一次大规模爆炸式喷发活动,也是被认为地球过去2000年来最大的两次喷发活动之一。前人广泛研究认为其主要为碱流质岩浆的喷发,也有学者认为可能存在粗面质与粗面安山质成分的参与。另外,部分学者通过模糊历史纪录推测认为千年大喷发之后存在系列喷发活动,如八卦庙期喷发(1668或1702 CE)和六号界期喷发(1903 CE)。但上述观点一直存在广泛的争论,未能达成对千年大喷发的一致认识。

中国地震局地质研究所活动火山研究室潘波博士与合作者,通过野外喷发物分布特征和地层关系,室内喷发物岩相学、岩石地球化学和年代学研究,重新认识理解了千年大喷发,并恢复了其岩浆活动过程。首先,野外系列探槽和剖面中揭示了千年大喷发存在两层特征不同的喷发物,下层为普遍认为的传统千年大喷发灰白色浮岩,上层为被认为八卦庙期的粗面质黑色或杂色浮岩。地层关系上两层喷发堆积物为连续堆积,接触面无风化堆积或次生改造痕迹,表明两者为连续喷发活动(图1)。并根据八卦庙和六号界期喷发物分布特征推测认为这两期喷发物应为千年大喷发的阶段喷发产物和次生堆积,不应为独立喷发事件。另外,堆积物内发现了大量黑白条带的岩浆混合浮岩,进一步说明了千年大喷发为多种岩浆的共同活动。室内岩相学与地球化学分析表明,千年大喷发为三种岩浆的共同喷发,且八卦庙期与六号界期在岩石成分和斑晶特征等方面均与千年大喷发粗面质阶段喷发物相一致,进一步验证野外提出的同期喷发的认识。

图1 喷发堆积物地层关系与岩浆混合浮岩照片

通过进一步岩浆分异演化的计算和岩浆年代学,综合建立了千年大喷发的喷发过程(图2),认为:(1)12 ka前,天池火山下存在粗面质岩浆房,并不断遭受深部粗面质、粗面质安山质和玄武质岩浆的注入和扰动;(2)12 ka至6 ka,粗面质岩浆房内结晶分异演化出碱流质岩浆,碱流质岩浆分离并向上运移储集形成碱流质岩浆房;(3)4 ka至946 CE,一股粗面安山质岩浆自深部注入粗面质岩浆房并向上穿入碱流质岩浆房,引起岩浆混合和岩浆房内的扰动,触发大规模的爆炸式喷发。喷发中上部碱流质岩浆先喷发堆积形成灰白色堆积层,后期粗面质岩浆喷发形成黑色或杂色的堆积层,并大量出现岩浆混合浮岩;(4)现今,天池火山岩浆继续经历着分异演化,并不断受到深部岩浆的注入,引起天池火山的小震震群或火山颤动。

图2 天池火山千年大喷发岩浆演化与喷发活动过程

以上研究成果发表在国际火山学权威杂志Journal of Volcanology and Geothermal Research上(Bo Pan, Shanaka L. de Silva, Jiandong Xu, Zhengquan Chen, Daniel P. Miggins, Haiquan Wei. 2017. The VEI-7 Millennium eruption, Changbaishan-Tianchi volcano, China/DPRK: New field, petrological, and chemical constraints on stratigraphy, volcanology, and magma dynamics. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 343: 45-59)

https://doi.org/10.1016/j.jvolgeores.2017.05.029