火山喷发及其预测预报(1)

火山喷发及其预测预报（1）

胡经国

一、前言

火山喷发所造成的多种灾害是世界上各种严重的自然灾害和地质灾害之一。巨大的火山爆发能波及方圆数百公里范围，造成严重的人类生命和财产损失，甚至会对全球气候和生态环境产生严重而深远的影响。

火山喷发能够造成多种灾害。火山喷发能够产生破坏性熔岩流以及火山碎屑和气体的高速崩塌流；大量火山灰云可以漂浮到几百公里远。这些会严重影响喷气式飞机的安全飞行；可以覆盖相当大范围内的地面建筑物和农作物；可以使交通中断，由此导致附近居民食物短缺和疾病流行，危害人体健康，造成生命财产损失。在火山喷发前和喷发期间，还可能诱发火山地震和构造地震。即使火山不喷发，在火山区也可能产生毁灭性的火山泥石流、危害性气体和酸雨。

但是，火山喷发及其所造成的灾害是可以预测预报和御防的。其主要的监测预报手段是地震和地形变监测。在世界上，已有不少火山喷发预测预报成功的实例。

了解和认识火山及其形成、分类和分布，喷发机制、过程和规模，危害和价值以及监测和预测预报方法，事先作出预测预报，及时采取相应的减灾措施，对于减轻火山灾害，保障国家经济可持续发展和社会稳定，维护人民生命财产安全，合理开发利用火山资源，都具有十分重要的意义。

二、火山与火山喷发的概念

火山（V olcano）是指由于地壳深部的岩浆通过地壳中的断裂通道，喷出或溢出地面而形成的具有特殊地质结构的锥形山体；在岩浆喷发的同时往往伴随有水气和灰渣喷发。

通常认为，在地壳表面之下100～150公里深处有一个液态区。其中，存在着富含挥发成分的高温高压硅酸盐熔融体，这就是岩浆。地壳深部的岩浆通过地壳中的断裂通道喷出或溢出地面，并且往往伴随有水气和固体物质喷发，这种地质现象就称为火山喷发或岩浆喷发。

其实，火山是岩浆喷发的产物，是炽热的地球深部的窗口。岩浆活动与火山喷发是一种强烈的内力地质作用，是地球上最具爆发性的力量，是许多宝贵资源的源泉，也是一种危害很大的地质灾害。

火山喷发也是一种宇宙自然现象。宇航探测发现，在月球、火星、金星、木卫一等星体上均发现有火山喷发活动。

三、火山的形成

1、火山形成概述

火山的形成涉及一系列物理化学过程。地球深部上地幔岩石在一定温度压力条件下会产生部分熔融，并且与母岩分离；富含挥发组分的高温高压硅酸盐熔融体——岩浆通过上地幔岩石中的孔隙裂隙向上运移，并在一定部位逐渐聚集而形成所谓的岩浆房（又叫做岩浆库或岩浆囊）。随着岩浆房中岩浆的不断补给，岩浆房中岩浆的过剩压力会逐渐增大。当岩浆房表壳覆盖层的强度不足以阻止岩浆继续向上运动时，岩浆便会通过地壳中的断裂带侵入地壳，并且向地表上升。在岩浆上升过程中，岩浆中的挥发成份逐渐溶出，形成气泡；当气泡所占有的体积百分数超过75%时，禁锢在岩浆中的气泡会迅速释放出来，导致岩浆爆炸性喷发这种岩浆喷发形式。在气体释放以后，岩浆粘度降到很低，其运动转变成湍流性质的流动。若岩浆粘滞性较低或挥发成份较少，则仅仅形成岩浆宁静式溢流这种岩浆喷发形式。由于从上地幔岩石部分熔融到岩浆喷发的一系列物理化学变化的差别，因而形成了形形色色、多种多样的火山喷发形式和火山。

在距离地面大约32公里的岩石圈深处存在大量高温液体，其温度之高足以熔化大部分岩石。岩石熔化时发生膨胀，需要更大的空间，从而导致在地球某些地区的山脉逐渐隆起。在这些正在隆升的山脉下面压力在变小。因此，在这些山脉下面可能形成岩浆房。岩浆房中的岩浆沿着山脉隆起造成的断裂带上升。当岩浆房中的压力大于它上覆岩石顶盖的压力时，岩浆便会喷出地表形成一座火山。

在火山喷发时，炽热的气体、液体（岩浆等）或固体物质（火山灰、火山弹等）突然喷出地表。这些物质堆积在喷发口——火山口周围，形成一座锥形山体。这种锥形山体是火山喷发的产物。火山口是火山锥顶部的洼陷。若火山口洼陷积水，则可形成火山口湖泊（如中国长白山天池）。当岩浆上升到接近地表和喷出地表时，它的温度和压力开始下降，发生物理和化学变化，冷凝形成岩浆岩（火成岩）。它包括岩浆在近地表地壳中冷凝结晶形成的侵入岩和火山喷出物在地表冷凝堆积形成的喷出岩。

狭义的喷出岩是指各种熔岩。熔岩具有两种含义，一是指喷出地表挥发组分逸散的炽热熔融状态的岩浆，又称为熔浆；一是指由岩浆冷却凝固而形成的固体岩石。岩浆的化学成分不同，冷却凝固后所形成的岩石也就不同。基性喷出岩为玄武岩，中性喷出岩为安山岩，酸性喷出岩为流纹岩，半碱性和碱性喷出岩为粗面岩和响岩。喷出岩多具气孔、杏仁和流纹等构造；多呈玻璃质、隐晶质或斑状结构。玻璃质的黑曜岩、珍珠岩、松脂岩和浮岩等喷出岩，称为火山玻璃岩。

广义的喷出岩包括各种熔岩和火山碎屑岩。火山碎屑岩主要是由火山作用形成的各种碎屑物堆积而成的，其中往往含有一定数量的非火山沉积物或熔岩物质。

2、岩石圈板块构造与火山形成

⑴、板块碰撞带火山的形成

隐没板块深入地下，因受热而产生熔融，形成岩浆；岩浆再从断裂带喷

发，形成火山。喷发时，夹杂大量气体，爆发猛烈，造成被火山碎屑、泥流等淹没灾害。环太平洋地震带的火山都属于这类火山。火山喷发形成的安山岩及碎屑岩堆积成锥状或钟状火山。

⑵、板块张裂带火山的形成

板块由于下方地幔热对流而产生张裂，岩浆沿张裂带涌出冷却形成大洋中洋脊；若洋中脊露出海面则形成火山岛，如冰岛。这类火山喷发以岩浆为主，属于温和喷发，灾害少，产生的玄武岩堆积成玄武岩高原、台地或盾状火山。

⑶、板块下方热点效应与火山的形成

板块下方的热点将板块熔融产生岩浆，导致岩浆喷发形成火山；以夏威夷群岛为代表，属于温和喷发，灾害少，产生的玄武岩堆积成盾状火山。

四、火山喷发机制

1、火山喷发过程

火山喷发过程归纳为以下三个阶段：岩浆形成与初始上升阶段、岩浆囊阶段和岩浆离开岩浆囊喷出地表阶段。

⑴、岩浆形成与初始上升阶段

岩浆的产生必须有两种过程：地壳深部或上地幔岩石部分熔融和熔融体与母岩分离。实际上这两种过程不大可能互相独立，熔融体与母岩的分离，可能在熔融开始产生时就开始了。部分熔融是液体（即岩浆）和固体（结晶体）的共存态；温度升高、压力降低和固相线降低，均可导致部分熔融。当部分熔融物质随地幔流上升时，在流动中也会产生液体和固体的分离现象，从而产生液体的移动乃至聚集，这个过程称之为熔离。

⑵、岩浆囊阶段

岩浆囊是火山底下充填着岩浆的区域，是地壳深部或上地幔岩石介质中岩浆相对富集的地方。岩浆囊中的岩浆是由熔融体、挥发物以及结晶体组成的混合物。

⑶、岩浆从岩浆囊喷出地表阶段

岩浆沿着从岩浆源区即岩浆囊一直到近地表的地壳断裂通道的上升，与岩浆囊的过剩压力、断裂通道的形成与贯通、以及岩浆上升中的结晶、脱气过程有关。当地壳岩石中的张应力或张性剪切应力大于当地岩石的破裂强度时，便可能在地壳岩石中形成张性或张性剪性断裂。若这些断裂互相连通，则它们就可以成为岩浆运移和喷发的通道。

2、破火山口及其分类和成因

⑴、破火山口的概念

破火山口（Calderas）是一种位于火山顶部的较大的圆形坳陷。它通常在岩浆回撤、火山自身塌陷时形成，或者由于浅部岩浆囊喷发而形成。大量岩浆的撤退，可能是由于其构造支撑的丧失而造成的。在西班牙语中，“Caldera”