全球主要火山灾害及其分布特征

全球主要火山灾害及其分布特征* GLOBAL DISTRIBUTION OF VOLCANIC HAZARDS洪汉净郑秀珍于泳刘培洵陶玮（中国地震局地质研究所，北京 100029）摘要本文研究了火山灾害各种致灾因子的物理过程与灾害特点，根据文献中记载的全球火山灾害，在进行火山灾害分区研究的基础上，研究了全球火山灾害分布特征。

全球主要的火山灾害分布在8个主要区域。

世界火山灾害中大部分分布在热带，有记载的火山灾害在热带占73%，远高于火山喷发分布于热带区的比例。

全球两个最强烈的火山灾害分布区都是围绕着一个位于板块结合部表现为复杂构造结的班达海和加勒比海，而且每一个灾害区都有3条分支。

热带区第3个灾害区为中非区，地幔上隆是这里主要的动力学背景。

本文还研究了1700年以来火山灾害时间分布特征，以及1993年以来各种火山灾害发生频次。

主题词火山灾害致灾因子全球分布火山碎屑流火山泥流1 引言火山活动是现今构造活动的一种重要表现。

火山产生的一系列现象可以改变大气和地球的面貌，危及人类的生命和财产。

过去15年内火山活动造成29 000多人死亡，迫使83万人离开自己的家园，经济损失超过30亿美元[1].超过1.5亿人民生活在面临着火山灾害的各种威胁的环境中[2]。

火山灾害是比地震活动更稀少的事件。

火山喷发往往是在几百年或几千年的休眠期之后开始的，而且一开始就是激烈的破坏性的爆发。

在火山休眠的时候，人们很难想象火山爆发的威力，容易失去警惕。

火山减灾引起了国内外的广泛重视[3~5]。

所有构造地震都表现为断层的错动和由此产生的地面震动，而火山活动却有岩浆溢流、火山灰喷发、侧向碎屑流动等不同的物理过程和表现，不同的火山往往有不同的灾害表现[6,7]。

这样我们首先要认识火山喷发不同的活动过程和灾害表现，也就是认识火山灾害各种致灾因子的物理过程和灾害特点。

火山活动分布已经有较多的论述[1,8,9]。

全球有历史记录的火山555座，其中层状火山329座占59.3%，破火山口、复杂与复合火山（包括外轮山）79座占14.2%，单成因火山（包括爆炸火山口、碎屑锥、碎屑盾、凝灰岩锥、火山场、火山渣锥、火山口列、裂隙口、冰下火山和玛尔湖）44座占7.9%，熔岩丘与盾状火山50座占9%，海底火山51座占9.2%，未知火山2座。

通常采用火山爆发指数VEI来衡量火山喷发的大小[10]，它主要根据喷发物质的体积以及喷发柱的高度，相邻两级之间喷发体积相差10倍。

然而并不是火山喷发级别大灾害就大。

火山灾害分布特征与火山活动分布有相当多的差异。

火山灾害造成的损失形形色色，有时候巨大的火山喷发并不一定引起人员损失。

1669年埃特纳火山喷发的熔岩流几乎摧毁了整个卡塔尼亚市，但没有人员死亡，而1985年路易斯火山一次由于冰雪融化而产生的火山泥流却导致28 000人死亡。

需要让公众及时了解有关火山灾害的可靠信息，这样有助于公众拯救生命。

对火山工——————————————————第一作者简介：洪汉净男 56岁研究员地球动力学专业 E-mail: honghj@∗科学技术部社会公益专项（项目号2001DIA10003）和国家科技攻关项目（项目号2001BA601B06）2003-05-15收稿，2003-09-06收修改稿作者来说，除了需要根据火山前兆和火山自身的活动规律进行火山喷发预测外，更重要的是要预先估计可能的灾害的形式、大小和影响范围。

火山灾害的形成和分布有其自身的特点，只有认识火山活动分布与灾害分布的差异，才能更好地指导火山减灾区划、预警和应急疏散等工作。

2 火山活动方式和致灾因子相对宁静的溢流式火山喷发时，低黏滞系数的基性玄武岩岩浆从火山口或裂隙中流出，形成熔岩流。

炽热的熔岩流从喷口顺坡流出，摧毁其沿途的一切建筑。

其几何形态常常受到少数几个主岩流的控制，更多的小体积的熔岩流填充了主岩流之间的空隙。

当岩浆黏滞系数增高，或气体含量增加时，会伴随一定的爆炸式喷发。

世界上多数火山灾害都是由爆炸式火山喷发所造成的[3, 6, 7]。

在爆炸式火山喷发中，岩浆向上喷出经过出溶面和碎屑化面之后,可能以声速喷出大量熔岩碎屑和各种气体，形成喷发柱。

喷发柱从下到上由于动力学特征的不同而分为气冲区、对流区和伞状区。

在气冲区主要受喷发开始时的动量控制；在对流区，动量减弱，喷发柱密度小于空气，主要受浮力控制；而在扩散区，则主要受水平扩散控制。

当火山喷发具有大的喷出速度、小的喷火口直径、高的水蒸气含量和细颗粒时，喷发柱易于捕获和加热喷出混合物中的空气，比较稳定（称为布里尼柱），火山灾害以火山灰空降为主；而当喷发时具有小的速度、大的喷火口直径和粗颗粒情况下，则喷发柱易于塌陷（称为塌陷柱），形成火山碎屑流[11]。

更多的喷发柱是布里尼柱与塌陷柱之间的过渡类型，开始形成的布里尼柱是不稳定的，逐渐塌陷而成碎屑流。

产生火山碎屑流的的另一种原因是熔岩丘的塌陷[12]。

火山喷发的碎屑物有不同的降落形式，较大的岩浆碎片从火山口斜向喷出，通常按抛物线轨道在空气中运行，称之为火山弹；中小颗粒碎屑从喷发柱的对流区和扩散区沉降；非常细粒的颗粒受大气环流影响，可以扩散到很远的地方，公元79年维苏威火山喷发的火山灰掩埋了庞培古城。

火山碎屑流是由热的气体和未分选的碎屑物质混合而成的狂暴的侧向流。

火山碎屑流通常包括底层的重力流（也称为火山碎屑流）和上层的悬浮流（也称为涌浪）。

火山碎屑流是最严重和最频繁的火山灾害，具有很高的温度和很强的流动性，甚至在坡度只有几度的地方也可移动；具有很高的速度（超过150m/s），可以越过1 500m高的障碍；火山碎屑流往往很轻，可以越过40~80km的水面，说明比水轻。

火山区巨厚的松散的火山灰堆积往往在喷发后形成火山泥流。

大雨使火山沉积消蚀，大规模水饱和的碎片使山体垮塌，突然的冰雪融化，或由于冰河、火山口湖，或被火山喷发物堵塞而成的湖水的突破，都可能成为火山泥流的成因。

火山泥流从火山口附近向下流动有不同的表现，或者说有不同的流转换[13]。

在火山口附近，火山碎屑涌浪的岩石碎屑，与陡峻火山锥壁的塌陷物一起，形成了初始的岩屑崩落。

由于湖水、冰雪融溶水或暴雨洪水的混入，使岩屑崩落转换为巨大体积、高荷载量的碎片流，表现为无内聚力的层状流或塞式流。

在河谷的下游，碎屑流稀释为超浓缩流，明显地失去了悬浮巨砾级碎屑物的能力，是一种湍流，发育差异性沉积的递变粒序层。

再往下游，超浓缩流进一步稀释，演变成正常的河水流。

火山泥流外形变化不定，重量巨大，火山泥流中沉积物含量的典型范围为75%~90%（重量百分比，下同），而超浓缩流的典型浓度范围为40%~70%[14]。

当这种离解出现时，水成为搬运输沉积物的流动介质；当固体含量低于75%~70%时，将产生湍流[15]。

火山区还可能有许多继生灾害，塌陷和滑坡是陡峭火山山体经常出现的灾害。

火山口湖除了可能因水坝坍塌、滑坡等造成洪水和火山泥流外，火山喷发时二氧化碳等有毒气体依然溶解在湖水中，由于湖水对流、地震、滑坡，以及火山通道的再次排气活动的作用，湖水中的二氧化碳等气体将由于过饱和而产生气爆，大量有毒气体快速外泄而造成灾害[16]。

火山灾害主要致灾因子有熔岩流、火山弹、火山灰、碎屑流、涌浪、火山泥流、岩崩、酸雨和有毒气体等，它们具有各自不同的温度、速度和影响范围 [17]，其中火山碎屑流是最危险的致灾因子。

3 火山灾害活动区火山灾害往往带来火山区居民的死亡[18] 1），掩埋城镇和农村，给人类社会带来巨大的损失。

火山灾害在全球分布主要集中于少数几个地区[1, 19]。

在收集火山灾害数据[18,19]1)的基础上，将全球主要的火山灾害划分为以下8个主要区域（图1）。

图1 全球主要火山灾害分布区1. 大陆2.板块边界3. 火山灾害区4.有记载的火山灾害5. VEI=5-7的火山火山灾害区编号: 1.东南亚火山灾害区 2.中美洲火山灾害区 3.中非火山灾害区 4.东亚火山灾害区5. 北美火山灾害区6.北欧火山灾害区7. 新西兰火山灾害区8.南美火山灾害区Fig.1 Major volcanic hazard regions around the world（1）东南亚火山灾害区大致围绕着班达海这个构造结，有成三叉分布的3条弧形火山灾害带，成为全球火山灾害最强烈的区域。

这里火山喷发最强烈（VEI可达6~7），频度大，各种灾害都有强烈表现，已知死亡人数占全球死于火山灾害总人数近3/5。

而其中90%以上的灾害又分布在其西支-爪哇火山灾害带上1）。

印度尼西亚的爪哇岛及其东、西两侧是全球火山灾害最强烈的地区。

1815年坦博拉火山发生了200年来全球最大的喷发，由于饥荒、碎屑流而成为全球已知死亡人数最多的火山灾害[20]。

1883年喀拉卡托火山喷发由于海啸和碎屑流[21]，死亡人数仅次于1815年坦博拉火山。

1586年克卢特火山灾害、1822年加隆贡火山灾害、1672年以及1930年以来默拉比火山的频繁发生的灾害[22]，腊翁火山、阿贡火山等火山喷发都造成程度不同的人员伤亡和损失。

1）Seach J. volcanic eruption fatalities. 2003在北支吕宋火山灾害带，发生了1991年皮那图博火山灾害、1911年塔阿尔火山灾害和1814年马荣火山灾害，民都乐岛的希波基波克火山1948~1953年喷发，阿乌火山1856年喷发，都造成巨大灾难。

东支是新几内亚火山灾害带，这里发生了拉包尔、拉明顿、长岛等火山灾害。

（2）中美洲火山灾害区围绕着加勒比海也分布着3条火山灾害带。

这里火山喷发强烈，VEI可达4~6，灾害强度仅次于东南亚区。

西带是科科斯火山灾害带，火山活动主要与科科斯板块向东俯冲有关。

这里危地马拉的圣塔玛利亚火山1902年和1929年的喷发，墨西哥的埃尔-奇邛火山1982年的喷发都造成严重灾害。

阿瓜火山1541年火山泥流使危地马拉前首都被毁。

东带为小安的列斯火山灾害带，这里发生过著名的培雷火山1902年碎屑流灾害和苏佛利尔火山1995年灾害。

南带为哥伦比亚火山灾害带，与纳斯卡板块向东俯冲有关，1985年哥伦比亚的鲁伊斯火山爆发，泥石流摧毁了阿梅罗城，造成23 000人死亡，1742年科托帕西火山泥流也造成严重灾害。

（3）中非火山灾害区中非火山灾害主要分布于东非裂谷和西非喀麦隆。

东非裂谷的火山灾害以熔岩流为主，如尼拉贡戈火山1977年、2002年的熔岩流。

西非喀麦隆的灾害以火山湖的有害气体为主，1986年尼俄斯湖有毒气体逸出，造成大量人畜死亡，1984年莫努湖也发生规模小一些的类似灾害。

（4）东亚火山灾害区日本火山灾害带以VEI=4以下的频繁的火山碎屑流、火山泥流为主，如位于伊豆-马利亚纳弧与东北日本弧的交接处的浅间山1783年火山泥流和碎屑流灾害，1888年盘梯山的灾难，以及1925年十胜岳的火山泥流。