高玲 魏海泉

引 言

火山是地球的寶藏，它是大自然對(duì)人類的饋贈(zèng)，同時(shí)火山又具有兩面性。一方面火山噴發(fā)給人類帶來(lái)巨大的財(cái)富；另一方面，火山噴發(fā)也給人類帶來(lái)巨大的災(zāi)難。研究火山的目的就是認(rèn)識(shí)火山，識(shí)別火山噴發(fā)規(guī)律，減輕火山災(zāi)害，趨利避害，與火山和諧共處。按照活躍程度，火山被分為三種類型，分別是活火山，休眠火山和死火山。一般主要研究對(duì)象是活火山和休眠火山，當(dāng)然三種類型的火山之間是可以轉(zhuǎn)換的。

火山溫泉是火山活動(dòng)的重要標(biāo)志，其主要媒介為地下熱水。當(dāng)你走近火山，映入眼簾的除了火山熔巖等噴發(fā)物外，還經(jīng)常會(huì)看到各式溫泉、沸泉、泉華，有的涌流如注，有的涓涓細(xì)流，有的熱氣升騰，有的透徹清亮，這就是火山溫泉的主要表現(xiàn)形式?；鹕綔厝ǔ３霈F(xiàn)在活火山和休眠火山區(qū)域。

我國(guó)主要火山溫泉簡(jiǎn)介

中國(guó)現(xiàn)代火山主要分布在東北、西南地區(qū)和東南沿海地區(qū)。東北三省主要包括長(zhǎng)白山天池火山、五大連池火山、龍崗火山、鏡泊湖火山和阿爾山火山。西南地區(qū)主要是騰沖火山。東南沿海主要包括海南島火山和大屯火山。上述火山基本上受地質(zhì)構(gòu)造控制。與此相對(duì)應(yīng)，與現(xiàn)代火山活動(dòng)有關(guān)的溫泉也主要集中在上述火山（圖1）。

圖 1 中國(guó)火山溫泉分布圖（趙慈平，2018）

1.長(zhǎng)白山天池火山溫泉

長(zhǎng)白山天池火山屬多成因中央式火山，構(gòu)造上處于西太平洋俯沖帶，琿春一帶一直存在深源地震。近10多年來(lái)，琿春一帶多次發(fā)生5級(jí)以上深震，其中最大震級(jí)達(dá)到了7.1級(jí)?；鹕絽^(qū)小震活動(dòng)有時(shí)也比較頻繁，地?zé)岚l(fā)育是火山活動(dòng)的重要顯示。位于火山中心的泉群分別是天池北坡的長(zhǎng)白聚龍泉群、西坡的錦江溫泉群及位于天文峰下方的天池湖濱溫泉群，外圍泉群多為冷泉。三大泉群都為熱水氣體強(qiáng)烈釋放區(qū)域，其中聚龍泉群最高水溫達(dá)到了83℃以上。湖濱溫泉群是一處強(qiáng)氣體釋放帶，但由于湖水大量混入，水溫多集中在23℃左右，它也是目前中國(guó)境內(nèi)唯一可直接在火山口內(nèi)采集溫泉?dú)怏w樣品的泉群(圖2)。不同的溫泉表現(xiàn)各異，有的泉群無(wú)色無(wú)味，清亮透明，如湖濱溫泉群；有的泉群釋放出明顯的硫化氫，如聚龍泉群。

圖2 長(zhǎng)白山天池火山口湖濱溫泉部分區(qū)域

2. 騰沖火山區(qū)溫泉

騰沖火山大大小小共有70余座。其中與最新的火山噴發(fā)活動(dòng)有關(guān)的火山有黑空山、打鷹山、馬鞍山等火山。騰沖火山構(gòu)造上位于印度板塊和歐亞板塊碰撞帶的延伸部分，第四紀(jì)活動(dòng)斷裂發(fā)育。它也是我國(guó)溫泉數(shù)量最多的火山區(qū)域之一，溫泉數(shù)量達(dá)800多個(gè)，覆蓋面積約500km2。主要溫泉區(qū)分布在熱海、朗蒲、龍陵等地區(qū)，同時(shí)在馬鞍山火山口及曲石附近還分布有低溫泉。騰沖火山溫泉噴出形式多樣，有蒸騰氣霧狀，有噴如泉涌狀，有冒泡狀，數(shù)不勝數(shù)。

3.黑龍江五大連池火山活動(dòng)區(qū)溫泉

五大連池火山位于五大連池市，其熔巖流的面積達(dá)700 km2，區(qū)內(nèi)有14座火山錐堆積在熔巖臺(tái)地上，位于松遼裂谷的西北緣。五大連池火山溫泉主要分布在火燒山、老黑山和藥泉山地區(qū)。這里分布的著名的礦泉，富含鋅、硒等多種人體所需的微量元素，具有醫(yī)療功用?；鹕綔厝Ｄ瓯３衷?℃左右，比當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟嚷愿?℃左右，因此該溫泉有冷礦泉之稱。

中國(guó)火山溫泉的主要表現(xiàn)形式

溫泉有廣義和狹義之分，我們習(xí)慣上稱之的溫泉為廣義上的溫泉。一般廣義上將溫泉水溫度高于當(dāng)?shù)啬昶骄鶞囟确Q之為溫泉，狹義上將溫泉水溫度高于25℃稱之為溫泉。火山活動(dòng)區(qū)溫泉熱水深循環(huán)過(guò)程中，由于裂隙的隨機(jī)分布，并存在巨大的壓力差導(dǎo)致深部熱水上涌過(guò)程中出現(xiàn)不同的表現(xiàn)形式。主要表現(xiàn)為：

火山溫泉: 這類溫泉在長(zhǎng)白山天池火山、騰沖火山區(qū)域廣泛分布（圖3）。溫泉水主要來(lái)自于大氣降水，在地下水下滲過(guò)程中，通過(guò)熱源加熱，形成溫泉水。表現(xiàn)為地下熱水沿裂隙涌出地表，溶解于水中的氣體源源不斷地遷移釋放。泉水中富含 Ca2+、Na+、Mg2+、CO32-和SO42-等多種離子，水質(zhì)或清澈或渾濁。

火山沸泉: 一般把溫泉水溫度達(dá)到當(dāng)?shù)胤悬c(diǎn)涌出的熱水稱為沸泉。該泉熱水表面類似開(kāi)水咕嘟狀，并釋放出大量熱蒸汽。這類泉點(diǎn)大都分布在騰沖火山地區(qū)，這些泉點(diǎn)水量大，氣量足，溫度高，目前有20多個(gè)。其中尤以大滾鍋沸泉為代表，該沸泉形成于某次強(qiáng)烈的水熱爆炸，形成洼地?zé)崴兀瑹崴缘叵峦ǖ郎嫌?，呈沸溢狀。大滾鍋泉水溫95℃左右，接近于沸點(diǎn)，泉水中心呈沸騰狀，熱氣蒸騰（圖4），現(xiàn)已成為熱海著名的景點(diǎn)。

水熱爆炸: 是指飽和熱水或過(guò)飽和熱水由于處于外來(lái)因素導(dǎo)致超壓狀態(tài)下，體積迅速膨脹，并爆破上覆蓋層的一種水熱活動(dòng)。多表現(xiàn)為蒸汽熱水流夾雜著砂石噴射。其主要分布在騰沖火山熱海地區(qū)，它是全國(guó)少有的水熱爆炸區(qū)。歷史上就有紀(jì)錄，近年來(lái)，熱海地區(qū)水熱爆炸已達(dá)10余次（圖5）。

間歇噴泉: 顧名思義是由熱水夾帶蒸汽以一定的時(shí)間間隔反復(fù)向高空排放的熱泉現(xiàn)象。在騰沖龍陵的邦臘掌存在有間歇噴泉。

圖3 長(zhǎng)白山天池火山口湖濱溫泉

圖4 騰沖火山熱海大滾鍋沸泉

圖5 騰沖火山熱海水熱爆炸蒸汽噴發(fā)與碎屑錐

圖6 長(zhǎng)白山天池火山聚龍泉群硫華

泉華: 當(dāng)?shù)責(zé)崴砍龅乇?，由于壓力降低，溫度驟變，溶解在熱泉中的礦物質(zhì)發(fā)生沉淀，并堆積在泉口的這種疏松多孔物質(zhì)叫泉華。泉華包括鈣華，硫華和硅華等。由于泉華的礦物成分、沉淀數(shù)量和泉口差異，使得泉華形態(tài)多姿多彩，或壯觀或絢麗。例如長(zhǎng)白聚龍泉表面覆蓋有大量的硫華，主要是熱水中含有大量硫化物，溢出地表凝結(jié)成硫黃晶體，堆積在泉口表面，異常艷麗（圖6），它是火山高溫地?zé)岬闹饕獦?biāo)志。

中國(guó)火山溫泉研究概況及主要研究成果

1.研究概況

火山溫泉是火山流體研究的主要媒介?；鹕搅黧w釋放是活火山的重要特征。研究火山流體活動(dòng)可獲得與火山活動(dòng)有關(guān)的地下巖漿活動(dòng)和現(xiàn)代構(gòu)造活動(dòng)的重要信息。一般來(lái)說(shuō)，世界各國(guó)都非常重視火山溫泉的研究。一方面，火山溫泉?dú)怏w含有大量溫室氣體，具有危害性（表1）；另一方面，火山溫泉含有大量的來(lái)自深部的氣體及揮發(fā)組分，火山臨界噴發(fā)期間，利用溫泉熱水釋放信息可識(shí)別出短臨預(yù)報(bào)信息。例如，1980年5月18日沉寂123年的圣海倫斯火山噴發(fā)。噴發(fā)前，深部來(lái)源氣體He、CH4、CO2和H2S等出現(xiàn)異常釋放，通過(guò)連續(xù)的深源地?zé)崃黧w指標(biāo)監(jiān)測(cè)對(duì)成功預(yù)測(cè)該火山短臨活動(dòng)提供了實(shí)際的評(píng)判依據(jù)。

我國(guó)火山學(xué)研究起步晚，作為火山學(xué)之一的火山流體地球化學(xué)研究也不例外。目前在若干火山區(qū)開(kāi)展了火山流體研究工作，并相繼建立了火山流體觀測(cè)系統(tǒng)，開(kāi)展了火山活動(dòng)區(qū)地?zé)崃黧w的流動(dòng)與連續(xù)觀測(cè)。通過(guò)大量的資料收集，火山區(qū)域地質(zhì)背景，地?zé)崃黧w區(qū)域構(gòu)造環(huán)境調(diào)查與研究，熱水及逸出氣體樣品測(cè)試分析，結(jié)合形變學(xué)、地震學(xué)等研究，開(kāi)展了一系列研究工作。

表1 代表性與火山氣體有關(guān)的火山災(zāi)害

2.主要研究成果

自20世紀(jì)90年代我國(guó)正式開(kāi)展火山學(xué)研究以來(lái)，在上述三大火山區(qū)內(nèi)，對(duì)其分布的溫泉熱水系統(tǒng)進(jìn)行了大量的探測(cè)，對(duì)火山中心區(qū)域和外圍的溫泉群進(jìn)行了大量的采樣、分析與測(cè)試研究。主要研究成果有：

1）大致了解了中國(guó)三大火山區(qū)現(xiàn)代流體活動(dòng)的空間分布與活動(dòng)特征。示蹤了三大火山區(qū)地?zé)崴梢?，建立了火山區(qū)域地溫場(chǎng)。示蹤了與火山活動(dòng)有關(guān)的現(xiàn)代流體釋放點(diǎn)逸出氣體來(lái)源。例如，火山區(qū)域所有的現(xiàn)代流體釋放中均檢測(cè)到幔源氣體組分，由于所處構(gòu)造環(huán)境不同，其釋放特征存在差異。這些幔源物質(zhì)可能與地下巖漿體的脫氣作用有關(guān)，逸出氣體中幔源物質(zhì)的釋放量與火山活動(dòng)的中心距離呈正相關(guān)?？傮w上幔源物質(zhì)釋放量由高到低依次為長(zhǎng)白山天池火山、騰沖火山和五大連池火山。

2）建立了三大火山區(qū)地?zé)崴尫劈c(diǎn)稀有氣體氦及其同位素比值的空間分布場(chǎng)，示蹤地下巖漿流體活動(dòng)。大致掌握了已知火山區(qū)現(xiàn)代溫泉群的釋放類型與活動(dòng)類型。確立了各火山區(qū)域深部氣體釋放強(qiáng)度分布圖，對(duì)巖漿活動(dòng)性進(jìn)行了明確的數(shù)據(jù)追蹤。如給出了騰沖地區(qū)現(xiàn)代幔源巖漿揮發(fā)性組分的范圍與釋放中心的位置。通過(guò)火山區(qū)的氦同位素填圖，給出了騰沖火山區(qū)幔源揮發(fā)分釋放的時(shí)空分布圖。

3）促進(jìn)了火山流體地球化學(xué)與環(huán)境學(xué)、氣候?qū)W等學(xué)科的交叉綜合發(fā)展。開(kāi)展了溫室氣體通量變化與環(huán)境的演化研究和低平火口湖沉積學(xué)等學(xué)科的研究工作。追根溯源，以古鑒今，為改善環(huán)境變化提供理論依據(jù)。交叉學(xué)科的發(fā)展大大推進(jìn)了火山學(xué)的應(yīng)用與推廣。如目前利用相關(guān)數(shù)模，依據(jù)已有研究成果計(jì)算了長(zhǎng)白山天池火山、騰沖火山和五大連池火山的溫泉?dú)怏w排放通量，獲得了觀測(cè)基線值。

4）三座火山活動(dòng)危險(xiǎn)性科學(xué)評(píng)價(jià)。利用火山流體地球化學(xué)研究火山區(qū)地下巖漿活動(dòng)機(jī)理，將中國(guó)火山活動(dòng)危險(xiǎn)性分為以下三類：①最具火山噴發(fā)危險(xiǎn)性火山—長(zhǎng)白山天池火山。②存在潛在的噴發(fā)危險(xiǎn)火山——騰沖火山。③有潛在活動(dòng)可能性的火山——五大連池火山。如長(zhǎng)白山天池火山是中國(guó)最大的一座近代活動(dòng)火山，其中長(zhǎng)白山天池是千百年來(lái)火山噴發(fā)的固定通道，說(shuō)明地下深部存在巖漿體，并得到連續(xù)不斷的供給。一方面圍繞火山口周?chē)姸嗟钠俨?、星羅棋布的溫泉和廣袤無(wú)垠的森林向人們展示火山的美，另一方面長(zhǎng)白山天池火山周?chē)d延數(shù)百千米的火山碎屑流顯示了天池火山噴發(fā)的巨大威力。研究顯示，天池火山下方的巖漿體仍然存在活動(dòng)性，具有再次噴發(fā)的可能性，需要關(guān)注。

結(jié) 語(yǔ)

火山溫泉既具有極大的觀賞性又是火山資源重要的儲(chǔ)備庫(kù),同時(shí)火山溫泉也是研究火山噴發(fā)活動(dòng)的有效途徑?；鹕綔厝黧w監(jiān)測(cè)研究從無(wú)到有走過(guò)了30年。這30年的發(fā)展得到了國(guó)家和各級(jí)部門(mén)的大力支持，這得益于國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技支撐?，F(xiàn)有科研工作已取得了重要成果，產(chǎn)出了一批具有高質(zhì)量的、重要應(yīng)用價(jià)值的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)圖件，并在我國(guó)火山流體監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建立等方面得到了很好的應(yīng)用和推廣。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和人口逐漸城市化的今天，火山監(jiān)測(cè)研究在國(guó)家防災(zāi)安全監(jiān)控方面越來(lái)越重要。實(shí)踐證明，開(kāi)展火山溫泉流體監(jiān)測(cè)研究對(duì)于預(yù)測(cè)火山噴發(fā)、減輕火山噴發(fā)危害有重要的指示作用。通過(guò)對(duì)中國(guó)火山溫泉等多學(xué)科全方位的綜合監(jiān)測(cè)，不斷提升我國(guó)火山科學(xué)監(jiān)控水平，為構(gòu)建安全中國(guó)、服務(wù)大眾做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。