2018年Kīlauea火山岩浆储源溃决及破火山口初始塌陷研究

来源：ScienceAAAS

评述论文：Magma reservoir failure and the onset of caldera collapse at Kīlauea Volcano in 2018 （Science Dec. 2019: Vol 366, Issue 6470）

破火山口(Caldera) 是在火山喷发后期，由于火山下部浅层岩浆房物质喷发而抽空，使得周围山口物质失稳，导致火山口塌陷，从而形成一个陡峭的碗形深凹陷[1]。通常破火山口直径从小于1公里到数十公里，火山爆发伴随的喷发物可达到数千立方千米[2]。

从破火山口形态特征上划分一般可以分为板片式塌陷、碎块式塌陷、天窗式塌陷、漏斗式塌陷等多种类型，但是这些类型也不能涵盖全球破火山口的所有类型，Acocella[3]将破火山口分为凹陷期、环状逆断层期、周缘凹陷期和周缘环状正断层期等四个阶段，这一分类方案基本上涵盖了全球破火山口形成-演化全过程，弥补了许多破火山口无法归类的不足[4]。

现阶段国内外学者对破火山口的类型与分布、形成过程与条件，以及熔岩圆顶稳定性与破坏模式等方面研究较为深入[5]，但由于对已有破火山口形成-演化过程缺乏详细的观测，导致目前对破火山口内部岩浆、主岩的演化发展过程与机制研究较少。

在本期《科学》杂志中，Anderson et al. 以美国夏威夷岛东南部Kilauea火山（基拉韦厄火山）2018年岩浆活动及破火山口崩塌为例（图1），通过无人机航拍、地表测斜监测、GPS定位实时监测、激光测距测量、InSAR干涉图形分析等手段，揭示了Kilauea火山在岩浆喷发（Rift eruption）与熔岩入侵(Dike intrusion)对火山高度、熔岩表面高度以及岩浆储源压力的影响。

在火山岩浆储源溃决分析中，目前对于储源总量仍然没有很好的方法，即便是研究较多的Kilauea火山，在估算Halema‘uma‘u 岩浆储源总量时，计算结果变化范围也在两个数量级（0.2 km3~20 km3），针对上述不足，研究人员引入定量计算岩浆储源（V表示储源总量，为压力变化率，为主岩剪切模量），代入相关数据后，经计算得到岩浆储源在2.5到7.2 km3之间（68%置信区间）。针对Kīlauea破火山口初始塌陷，研究人员给出了M6.9级地震及次级地震对破火山口内部主岩塌陷类型、频次、规模等的影响，并结合M6.9级地震后数据分析，确定了破火山口初始有效塌陷的时间为5月16日（图2）。

图1. Kilauea火山与岩浆喷发-熔岩入侵示意图

图2. 岩浆储源压力变化

青年研究员，中科院成都山地所，主要从事堰塞湖溃决机理与防灾减灾研究。

参考文献：

[1]Lipman P W. Calderas [C]/ / Sigurdsson H (ed.). Encyclopedia of Volcanoes [M]. San Francisco: Academic Press, 2000: 643- 662.

[2]ColeJ W, Milner D M, Spinks K D. Calderas and caldera structures: a review [J]. Earth Science Reviews, 2005, 69: 1- 26.

[3]Acocella V. Understanding caldera structure and development: Anoverview of analogue models compared to natural calderas [J]. Earth Science Reviews, 2007, 85: 125- 160.

[4]贺电,李江海,刘守偈,韩亮. 松辽盆地北部徐家围子断陷营城组大型破火山口的发现,中国地质,2008,35(3):463-471.

[5]Swallow E J , Wilson C J N , Myers M L , et al. Evacuation of multiple magma bodies and the onset of caldera collapse in a supereruption, captured in glassand mineral compositions [J]. Contributions to Mineralogy and Petrology, 2018,173(4):33.