山東省煙臺(tái)地震監(jiān)測(cè)中心臺(tái) 鄒春紅吉林省地震局 盛 儉

長(zhǎng)白山火山泥石流研究簡(jiǎn)介

Brief introduction to study on volcanic mud flow in Changbaishan region

山東省煙臺(tái)地震監(jiān)測(cè)中心臺(tái) 鄒春紅吉林省地震局 盛 儉

長(zhǎng)白山天池火山

長(zhǎng)白山天池火山，坐落于吉林省東南部中朝兩國(guó)邊界，屬巨型復(fù)合式火山，是長(zhǎng)白山火山群中最大的一座活火山。

長(zhǎng)白山是松花江、鴨綠江、圖們江三江之源，是生態(tài)環(huán)境資源、森林特產(chǎn)資源、水利水電資源和礦產(chǎn)資源的聚集區(qū)。主峰為白頭山（海拔2700 m），頂部即為噴發(fā)形成的火山口湖——長(zhǎng)白山天池。天池北面有一缺口，池水從懸崖陡壁處跌水直瀉，形成落差達(dá)68 m的巨大瀑布。長(zhǎng)白山地區(qū)為典型的火山構(gòu)造地貌，自下而上主要由熔巖臺(tái)地、山麓傾斜熔巖高原和火山錐體三大地貌單位構(gòu)成，圍繞天池呈同心環(huán)狀分布。長(zhǎng)白山火山經(jīng)歷了早期的造玄武巖盾階段（上新世—早更新世）、中期的造粗面巖錐階段（更新世）、晚期造火山碎屑席階段（全新世）。全新世天池火山曾發(fā)生爆炸式噴發(fā)，目前的地質(zhì)監(jiān)測(cè)及研究表明，該區(qū)域內(nèi)地殼活動(dòng)日益頻繁，預(yù)示著未來(lái)具有潛在噴發(fā)的可能性。

火山泥石流

關(guān)于火山泥石流（Lahar）的概念目前還沒有明確的書面定義，許多學(xué)者對(duì)火山泥石流進(jìn)行了不同的論述。1985年P(guān)ierson將火山泥石流描述成含粘性的泥漿、分選性差的礫石、砂、泥和水混合成的火山泥流或碎屑流，認(rèn)為火山泥石流是由火山噴發(fā)所融化的冰雪以及火山湖泊的水夾雜著火山碎屑物質(zhì)所形成的泥石流。有的學(xué)者直接將火山碎屑流或火山泥流稱為火山泥石流。一些國(guó)內(nèi)學(xué)者認(rèn)為，火山泥石流應(yīng)該是伴隨著火山噴發(fā)，由火山湖泊水的突然溢出或火山噴發(fā)造成的高溫融化的火山頂冰雪所形成的突然增多的水流，夾雜著火山碎屑物質(zhì)、巖漿等，在重力作用下，沿著火山的溝谷或山坡一起向下快速流動(dòng)的一種特殊洪流?；鹕侥嗍骶哂辛魉倏?、能量大、破壞力強(qiáng)的特點(diǎn)，能摧毀和淹沒所波及的房屋、道路、農(nóng)田等，是對(duì)人類社會(huì)危害最大的火山次生災(zāi)害之一。到目前為止，已有超過30 000余人在火山泥石流中喪生。

暴雨沖刷火山灰引發(fā)泥石流

樹干上留下的骯臟痕跡顯示了泥漿的深度（美國(guó)圣海倫斯火山）

魯伊斯火山噴發(fā)形成的火山泥石流沖毀了阿爾梅羅城

被泥石流淹沒的村莊

泥石流經(jīng)過的村莊

1631年12月16日，意大利維蘇威火山發(fā)生大噴發(fā)，噴發(fā)后形成泥石流，山坡上很多村莊被毀，約3000人死亡，熔巖流抵達(dá)海邊，天空昏暗達(dá)數(shù)日之久。1882年印度尼西亞嘉能根火山大噴發(fā)，產(chǎn)生高溫氣流及泥石流，約4000人遇難。1980年美國(guó)圣海倫斯火山爆發(fā)，融化的大量雪水和火山灰、砂石混合在一起形成強(qiáng)大泥石流，從山上傾瀉而下，嚴(yán)重破壞了沿途的農(nóng)田、森林及一切設(shè)施。這次火山噴發(fā)造成57人死亡﹐390 km2土地變成不毛之地﹐損失巨大﹐是美國(guó)歷史上規(guī)模最大的火山爆發(fā)之一。位于哥倫比亞的內(nèi)華達(dá)德魯茲火山被積雪覆蓋，1985年11月13日突然噴發(fā)，炙熱的火山氣體和灰塵融化了冰川，并與融化后的水混合在一起。在順流而下過程中，泥石流的厚度最高達(dá)到130英尺(約合40 m)，以每小時(shí)30英里(約合48 km/h)的速度沖向有人居住的河谷，摧毀所到之處的一切東西。泥石流在短短幾分鐘內(nèi)席卷整個(gè)阿莫羅，導(dǎo)致2.5萬(wàn)人死亡，15萬(wàn)家畜死亡，13萬(wàn)人無(wú)家可歸，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)50億美元，是哥倫比亞最嚴(yán)重的自然災(zāi)難。1991年菲律賓的皮納圖博火山大爆發(fā)，噴出大量火山灰和火山碎屑流，整個(gè)泥石流肆虐的范圍超出了人們的預(yù)估。此次噴發(fā)是1980年圣海倫火山的10倍，在20世紀(jì)所有火山噴發(fā)中位居第二位，僅次于1912年阿拉斯加州卡特邁火山噴發(fā)。魯阿佩胡火山是新西蘭最大的活火山，也是世界上最活躍的火山之一，2007年該火山爆發(fā)泥石流，火山泥流沖開火山口上的石墻，酸性水夾雜著大量木頭和石塊，不斷地沖向火山附近的河流。該火山在1953年也曾發(fā)生火山泥流，將一道鐵路橋沖毀，當(dāng)時(shí)一列客運(yùn)火車跌進(jìn)奔騰的泥漿中，造成151人死亡。2010年印尼默拉皮火山噴發(fā)，馬吉冷地區(qū)遭遇火山泥石流破壞，共造成大約300人死亡，1000多名居民被迫轉(zhuǎn)移。這些只是部分火山泥石流造成破壞的統(tǒng)計(jì)，火山泥石流的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人們的估計(jì)。

長(zhǎng)白山天池火山泥石流研究概況

長(zhǎng)白山天池火山是目前公認(rèn)的我國(guó)最具噴發(fā)危險(xiǎn)的活火山之一，一旦噴發(fā)將可能會(huì)形成大規(guī)模的火山泥石流，嚴(yán)重威脅到該地區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，許多學(xué)者對(duì)長(zhǎng)白山火山泥石流進(jìn)行了研究。

1998年，魏海泉等對(duì)中國(guó)部分活火山的泥石流發(fā)育情況進(jìn)行了研究，強(qiáng)調(diào)了火山噴發(fā)物對(duì)火山泥石流形成的重要作用。2000年，劉祥等對(duì)長(zhǎng)白山火山1000年前火山泥流堆積及其災(zāi)害研究時(shí)，探討了長(zhǎng)白山火山泥石流的成因。2002年，孫平等提出長(zhǎng)白山火山泥石流主要類型為山坡型泥石流，區(qū)內(nèi)廣泛分布的倒石堆為泥石流的形成提供了主要物質(zhì)來(lái)源，陡峭的地形提供了動(dòng)力條件，豐富集中的降雨是誘發(fā)因素。并表明本區(qū)泥石流的空間分布規(guī)律與倒石堆的發(fā)育狀況密切相關(guān)。2009年，聶保鋒等根據(jù)距離火山口遠(yuǎn)近不同堆積物所展現(xiàn)的不同特征，將長(zhǎng)白山天池火山泥石流分為：碎屑流相、過渡相和超富集流相。溫智虹等人通過建立層次結(jié)構(gòu)模型，對(duì)長(zhǎng)白山火山泥石流分布影響因子權(quán)重進(jìn)行了分析，認(rèn)為地形地貌中的相對(duì)高差及縱坡比，對(duì)長(zhǎng)白山火山泥石流分布的影響最大。姚文清等人用層次分析法為長(zhǎng)白山火山泥石流建立了層次結(jié)構(gòu)模型，確定成對(duì)比較矩陣，計(jì)算權(quán)向量，為泥石流的預(yù)警和治理提供了依據(jù)。

最新研究成果

由于自然條件、科技水平等限制，對(duì)火山泥石流的直接測(cè)量和觀測(cè)有時(shí)是很難實(shí)現(xiàn)的，這種情況下對(duì)火山泥石流進(jìn)行研究就需要借助于數(shù)值模擬。通過對(duì)長(zhǎng)白山天池火山泥石流的模擬，可以預(yù)測(cè)火山一旦噴發(fā)，所形成的火山泥石流的特性。

吉林省地震局盛儉等人的《長(zhǎng)白山火山泥石流數(shù)值模擬與災(zāi)害預(yù)測(cè)研究》項(xiàng)目在建立模型時(shí)，選取天池附近區(qū)域?yàn)檠芯繀^(qū)，將研究區(qū)劃分為形成區(qū)、流通區(qū)和堆積區(qū)3個(gè)區(qū)段，對(duì)流通區(qū)和堆積區(qū)劃分為足夠小的計(jì)算網(wǎng)格，計(jì)算步長(zhǎng)設(shè)定為0.001 min。通過Delft 3D軟件，對(duì)假設(shè)的中等和較小規(guī)模噴發(fā)所引發(fā)的火山泥石流的平均速度和峰值速度進(jìn)行了模擬計(jì)算，發(fā)現(xiàn)噴發(fā)規(guī)模的大小對(duì)火山泥石流流通的平均速度和峰值速度的變化規(guī)律影響不大，只是在幅值上產(chǎn)生變化。對(duì)中等噴發(fā)規(guī)模下火山泥石流不同時(shí)間內(nèi)的影響范圍以及火山泥石流流通途徑中不同時(shí)間段各剖面上泥石流厚度進(jìn)行了計(jì)算，得出中等噴發(fā)規(guī)模引發(fā)的火山泥石流從火山口流通到下游28 km左右的區(qū)域，也就是二道白河鎮(zhèn)附近，需要140 min左右，這對(duì)火山災(zāi)害預(yù)警提供了時(shí)間參考。

模擬還給出了距離火山口不同距離處剖面位置上的火山泥石流隨時(shí)間的深度變化規(guī)律，可以了解到火山泥石流的影響范圍。通過模型對(duì)長(zhǎng)白山天池火山泥石流的流通速度、流通時(shí)間及影響范圍等進(jìn)行研究，確定了災(zāi)害預(yù)警時(shí)間和災(zāi)害影響范圍。雖然數(shù)值模擬和實(shí)際情況存在一定的差異，但此項(xiàng)成果對(duì)制定長(zhǎng)白山火山泥石流防治方案具有參考價(jià)值，這將明顯提高天池火山泥石流災(zāi)害的預(yù)測(cè)能力，有助于長(zhǎng)白山旅游經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的規(guī)劃布局和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的健康運(yùn)行，有助于經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)土利用和環(huán)境保護(hù)，使減輕火山泥石流災(zāi)害從被動(dòng)救災(zāi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)防災(zāi)。同時(shí)，也為其它火山開展相應(yīng)工作提供參考資料和理論基礎(chǔ)。

未來(lái)展望

目前火山泥石流的研究還處于起步階段，火山泥石流的發(fā)育情況、分布特征及數(shù)值模擬等尚不成熟，但隨著研究的進(jìn)一步加深，對(duì)于這些方面問題必將會(huì)有更多新的突破。清楚認(rèn)識(shí)到火山泥石流的成因、形成機(jī)制后，提出合理的數(shù)學(xué)模型及預(yù)測(cè)評(píng)估方法將會(huì)對(duì)減輕火山泥石流災(zāi)害提供有力的科學(xué)支撐和技術(shù)保障，從而保障人民生活及生產(chǎn)安全，減輕社會(huì)經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。